TWI467647B - 在旋轉塗佈層中之高深寬比圖案化之方法 - Google Patents
在旋轉塗佈層中之高深寬比圖案化之方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI467647B TWI467647B TW100127590A TW100127590A TWI467647B TW I467647 B TWI467647 B TW I467647B TW 100127590 A TW100127590 A TW 100127590A TW 100127590 A TW100127590 A TW 100127590A TW I467647 B TWI467647 B TW I467647B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- layer
- pattern
- photosensitive material
- substrate
- spin coating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 137
- 238000000059 patterning Methods 0.000 title claims description 51
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 171
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 113
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 94
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 86
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 84
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 80
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 43
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 16
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 14
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 22
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 3
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical group C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/38—Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0035—Multiple processes, e.g. applying a further resist layer on an already in a previously step, processed pattern or textured surface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
- H01L21/0274—Photolithographic processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30604—Chemical etching
- H01L21/30612—Etching of AIIIBV compounds
- H01L21/30621—Vapour phase etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Description
本發明關於對基板刻以圖案的方法，且特別是對基板刻以在旋轉塗佈層中具機械強度以及高深寬比之特徵的圖案。
在材料處理的方法中，例如用於微電子裝置加工的方法，常利用圖案蝕刻以形成關於各種積體電路元件的複雜圖案。圖案蝕刻包含在感光材料(例如光阻)層配製圖案，利用微影圖案化，以及藉由蝕刻將形成於感光材料層的圖案轉移至基板。
感光材料的微影圖案化一般包含塗佈感光材料薄膜於基板的上表面，且接著將此感光材料薄膜曝光於輻射圖案，該輻射圖案藉由投射來自輻射源且經過光罩的輻射所形成，例如在光微影系統的情形。之後，執行一顯影製程，在該製程期間，移除感光材料的被照射區域(如正型光阻的狀況)，或是移除非被照射區域(如負型光阻的狀況)。剩餘之感光材料，暴露下層的基板表面於準備蝕刻至表面的圖案。
一般性來講，此圖案可轉移至：一硬光罩層，因為其圖案轉移更為關鍵而具有較大的蝕刻阻抗；或一下層，例如用於後段製程作業的金屬互連中的絕緣層；或轉移至用於前段製程作業之電晶體閘級堆疊。現今普遍應用的硬光罩材料包含無定形碳，其利用化學沉積法(CVD,chemical vapor deposition)或此法之變化加以沉積。然而，運用無定形碳作為硬光罩層的微影圖案化方案，受限於高操作成本(CoO,cost of ownership)、低生產力、微粒汙染，以及其他諸多缺點。
因此最近旋轉塗佈(spin-on)材料在微影圖案化方案中日益普及，縱使這些旋轉塗佈材料在微電子裝置加工製程流程中的其他製程步驟上，被視為低蝕刻阻抗和低機械強度。前述該等障礙後者只有當特徵尺寸縮小以滿足對更小、更快的微電子裝置日益增加的需求時才會惡化。特別是，加諸於微影圖案化方案的需求，如前所述，在致力避免發生例如圖案崩壞的災難性故障上只會變得更具挑戰性。
此外，雖然材料處理技術能夠大幅降低這接特徵的側向尺寸，層的厚度或結構的高度則以較低的速度降低，因此，導致對這些特徵逐步上升的深寬比(aspect ratio)。增加的深寬比，加上減少的橫向尺寸，特別是微影層，只會增加發生前述故障的可能性。例如，當在旋轉塗佈層圖案化高深寬比特徵時，由於在濕清洗製程步驟中加諸之表面拉伸應力的不平衡，圖案崩壞可能發生。
本發明是關於在基板刻以圖案之方法，特別是對基板刻以具有機械強度與高深寬比特徵的圖案的方法。
根據一實施例，描述一種對基板刻以圖案的方法。該方法包含配製一薄膜堆疊於一基板上，其中該薄膜堆疊包含一旋轉塗佈層，以及加熱該旋轉塗佈層至一硬化溫度，該溫度低於該旋轉塗佈層的熱分解溫度，且超過攝氏200度，以增加旋轉塗佈層之機械強度。該方法更包含形成無圖案崩壞之特徵圖案於一旋轉塗佈層中，其中特徵圖案的特性為關鍵尺寸低於35nm(奈米)，且特徵圖案之高對該關鍵尺寸的深寬比超過5:1。
在接下來的描述中以說明為目的且無限制性，對特定的細節加以描述，例如在其中使用之各種的微影製程。然而，必須理解的是，本發明可在改變這些特定細節下的其他實施例中加以實施。
類似地，以說明為目的，對特定的數字、材料、配置加以描述以提供對本發明完整的理解。儘管如此，本發明可在無該等特定細節下加以實施。此外要理解的是，在圖式中的各種實施例是說明性的表述，並無照比例繪製的必要。
此處的「基板」一般性地意指根據本發明被處理之目的物。此基板可包含一裝置的任何材料部份或結構，其中裝置特別是指半導體或其他電子裝置，基板並且可為，舉例來說，基座基板結構，例如一半導體晶圓，或是在一基座基板之上或覆蓋該基座基板的一層，例如一薄膜。因此，此處並不限定該基板於任何特殊基座結構、下層或上層、圖案化或非圖案化，而是意指該基板能包含任何此類之層或基座結構，以及任何層和/或基座結構的組合。以下描述可能參考特殊形態之基板，但僅以說明性為目的，並無限制性的意味。
在材料處理方法中，圖案蝕刻可包含塗覆例如光阻之一感光材料薄層於一基板之上表面，接著利用微影製程對此材料薄層刻以圖案。在圖案蝕刻中，可利用一乾式電漿蝕刻製程，其中電漿是由一製程氣體所形成，其過程為藉由耦合例如射頻(RF,radio frequency)之電磁(EM,electro-magnetic)能量至一製程氣體(process gas)，以加熱電子並導致之後的製程氣體的原子和分子成分的離子化與解離。利用一系列之乾式蝕刻製程，轉移形成於此感光材料薄層的圖案至一薄膜堆疊中的下層，包含終端產品，例如一電子裝置，所需之一個或多個材料層。
在微影製程中，導入中介層以搭配感光材料層。該等中介層可提供微影製程抗反射的特性，及提供其後的蝕刻製程如硬光罩層的蝕刻阻抗，以及基板的平坦化等。例如，如圖1所示，一高深寬比圖案100，經由微影與蝕刻製程，在基板110上的一系列的層中加以配製。該一系列之層包含一旋轉塗佈層120，例如一旋轉塗佈平坦化層、一抗反射塗佈(ARC,anti-reflective coating)層130、以及一感光材料層140。
在利用微影製程在感光材料層140刻以圖案後，利用一連串蝕刻製程轉移該圖案至下面的ARC層130以及旋轉塗佈層120，以形成特徵圖案105。特徵圖案105可包含一個或多個高深寬比特徵元件，其特徵為高150和關鍵尺寸(CD,critical dimension)155。在先進裝置結構中，特徵圖案105之高150對關鍵尺寸155之深寬比可能變大，例如超過5:1、10:1、或20:1。
如上所述，現今使用旋轉塗佈層以提供上述之一些或全部功能，以搭配感光材料層。選擇使用旋轉塗佈層，部分可由於其相對較低的應用成本。然而，隨著圖案特徵的關鍵尺寸降低以及圖案特徵的深寬比增加，旋轉塗佈層在隨後的製程中遭遇機械式故障，包含圖案缺陷/變形，以及更災難性的故障，例如圖案崩壞。舉例來說，旋轉塗佈層，例如圖1中的旋轉塗佈層120，在濕清洗操作周期中受到不均衡的應力時可能崩潰或崩落。
因此，對基板刻以圖案的一種方法，特別是，對基板刻以具有機械強度、高深寬比特徵的圖案的一種方法在此加以描述。此方法可增進高品質特徵圖案的配製，並減低發生缺陷之傾向。
根據一實施例，對基板刻以結構圖案的一種方法概要地描述於圖2之流程圖200中。此方法開始於步驟210：配製一薄膜堆疊於一基板，其中，該薄膜堆疊包含一旋轉塗佈層。該薄膜堆疊可更包含覆蓋於該旋轉塗佈層上的一個抗反射塗佈(ARC)層。
在薄膜堆疊中，旋轉塗佈層可作為硬光罩、或平坦化層、或硬光罩層和平坦化層兩者。在隨後之蝕刻製程中的圖案轉移中，作為硬光罩層的旋轉塗佈層可提供額外的蝕刻阻抗。作為平坦化層之旋轉塗佈層提供平坦的上表面，其覆蓋複雜的下層表面拓樸。
旋轉塗佈層可包含旋轉塗佈有機聚合物。旋轉塗佈層可包含旋轉塗佈碳層。旋轉塗佈層可包含具有超過80 wt.%碳含量的有機聚合物。或者，旋轉塗佈層可包含具有超過90 wt.%碳含量的有機聚合物。
旋轉塗佈層可包含來自JSR Micro,Inc.(1280 North Mathilda Avenue,Sunnyvale,CA 94089)的市售的旋轉塗佈材料，例如HM8500。或者，旋轉塗佈層可包含來自Shin-Etsu Chemical Company,Ltd.(6-1,Ohtemachi 2-chome,Chiyoda-ku,Tokyo 100-0004,Japan)的市售的旋轉塗佈材料，例如ODL系列，即ODL301或ODL102。
旋轉塗佈層可利用一軌道系統加以形成。舉例來說，該軌道系統可包含CLEAN TRACK ACT 8、ACT 12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統，其由Toyko Electron Limited(TEL)所販售。其他用於在基板上形成一旋轉塗佈薄膜的系統與方法，為熟習旋轉塗佈光阻技術者所熟知。該旋轉塗佈層之塗佈可包含熟習配製此類薄膜之技術者所熟知的任何或所有製程。舉例來說，在塗佈製程之前可有一清洗製程，在塗佈製程之後，可隨之進行一或多個塗佈後烘烤(PAB,post-application bake)以加熱基板至一硬化溫度，以及隨此一或多個PAB之後的一或多個冷卻週期，以冷卻基板。
在步驟220中，加熱基板至一硬化溫度以增加旋轉塗佈層的機械強度，該硬化溫度低於旋轉塗佈層的熱分解溫度且超過攝氏200度。或者，該硬化溫度超過攝氏210度。或者，該硬化溫度超過攝氏220度。或者，該硬化溫度超過攝氏230度。或者，該硬化溫度超過攝氏240度。或者，該硬化溫度超過攝氏250度。或者，該硬化溫度超過攝氏260度。或者，該硬化溫度超過攝氏270度。或者，該硬化溫度超過攝氏280度。或者，該硬化溫度超過攝氏290度。或者，該硬化溫度超過攝氏300度。或者，該硬化溫度超過攝氏310度。或者，該硬化溫度超過攝氏320度。或者，該硬化溫度超過攝氏330度。或者，該硬化溫度超過攝氏340度。或者，該硬化溫度超過攝氏350度。
在步驟230中，一個無圖案崩壞之特徵圖案被形成於旋轉塗佈層中，其中，該特徵圖案之特徵為關鍵尺寸小於35nm(奈米)，以及該特徵圖案之高對關鍵尺寸的深寬比超過5:1。或者，該特徵圖案可包含一小於30nm的關鍵尺寸。或者，該特徵圖案可包含一小於25nm的關鍵尺寸。又或者，該特徵圖案可包含一小於20nm的關鍵尺寸。或者，該深寬比可超過8:1。或者，該深寬比可超過10:1。或者，該深寬比可超過15:1。或者，該深寬比可超過20:1。
特徵圖案之配製，可利用：單一圖案化微影製程、多重圖案化微影製程、正型微影製程、負型微影製程、雙型(dual-tone)微影製程、或雙重圖案化微影製程。舉例來說，特徵圖案可利用單一圖案化微影製程形成於一感光材料層中，且配製於該感光材料層塗佈層。或者，如以下將更詳細說明的，特徵圖案可利用在多重圖案化微影製程中之一個或多個感光材料層加以形成。
參考圖3，展示根據一實施例之用於配製一雙重圖案的微影製程。該微影製程可包含微影-凝固-微影-蝕刻(LFLE,Litho-Freeze-Litho-Etch)雙重圖案化技術。此方法包含一流程圖300，流程圖300起始於步驟310：在基板上形成覆蓋旋轉塗佈層的第一感光材料層。該第一感光材料層可包含光阻。舉例來說，該第一感光材料層可包含248nm(奈米)光阻、193nm光阻、157nm光阻、極紫外線(EUV,extreme ultraviolet)光阻、或電子敏感光阻。光阻層可利用旋轉塗佈技術加以形成。第一感光材料層可利用軌道系統加以形成。舉例來說，軌道系統可包含CLEAN TRACK ACT 8、ACT 12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統，由Toyko Electron Limited(TEL)所販售。用於在基板上形成光阻薄膜的其他系統與方法，為熟習旋轉塗佈光阻技術者所熟知。光阻層的塗佈可包含任何或所有為熟習配製此類薄膜之技術者所熟知的製程。舉例來說，在塗佈製程之前可有一清洗製程，在塗佈製程之後，可隨之進行一或多個塗佈後烘烤(PAB)以加熱基板，以及隨此一或多個PAB之後的一或多個冷卻週期，以冷卻基板。
在步驟320中，以一第一影像圖案成像該第一感光材料層。對圖案化EM輻射的曝光施行於一乾式或濕式光微影系統。該影像圖案可利用任何適合的習知的步進微影系統或掃描微影系統加以形成。舉例來說，光微影系統可來自市售的ASML Netherlands B.V.(De Run 6501,5504 DR Veldhoven,The Netherlands)、或Canon USA,Inc.,Semiconductor Equipment Division(3300 North First Street,San Jose,CA 95134)。或者，第一影像圖案可利用電子束微影系統加以形成。
在步驟330中，顯影第一感光材料層以形成基板上的第一特徵圖案。舉例來說，如上所述，第一特徵圖案可包含第一線形圖案。經過顯影製程，移除第一影像圖案而留下第一特徵圖案。該顯影製程可包含在一顯影系統(例如一軌道系統)中使基板暴露於顯影溶液。舉例來說，該軌道系統可包含CLEAN TRACK ACT 8、ACT 12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統，由Toyko Electron Limited(TEL)所販售。在顯影製程之前，可有一或多個曝光後烘烤(PEB,post-exposure bake)以加熱基板，以及隨該一或多個第一PEB之後的一或多個冷卻週期以冷卻基板。
在步驟340中，塗佈一化學凝固層於第一感光材料層上，且該化學凝固層與第一感光材料層的暴露表面起作用。該化學凝固層可藉由旋轉塗佈該材料至基板上而形成。該化學凝固層可利用軌道系統形成。舉例來說，軌道系統可包含CLEAN TRACK ACT 8、ACT 12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統，由Toyko Electron Limited(TEL)所販售。用於在基板上形成光阻薄膜的其他系統與方法，為熟習旋轉塗佈光阻技術者所熟知。該塗佈製程之後，可接著一或多個烘烤製程以加熱基板，並硬化至少一部份的該化學凝固層。
由於將該化學凝固層塗佈於基板以及加熱基板，一部份之化學凝固層與第一感光材料層的暴露表面起作用，形成一保護層。該保護層保護第一感光材料層不受隨後的塗佈、曝光、以及顯影製程的作用，因此，「凍結」了第一感光材料層以形成凍結的第一輻射敏感性材料層。
該化學凝固層可包含可在感光材料層造成交聯作用(cross-linking)的任何可移除的材料。化學凝固層可包含一聚合材料。舉例來說，該化學凝固層可包含來自JSR Micro,Inc.(1280 North Mathilda Avenue,Sunny vale,CA 94089)的市售凝固材料，包含例如F112凝固材料。或者，舉例來說，該化學凝固層可包含來自Rohm and Hass(Dow Chemical Company(100 Independence Mall West,Philadelphia,PA 19106)百分之百持股子公司)所生產販售的凝固材料，例如SCTM
1000 Surface Curing Agents(SCA)。
在步驟350中，化學凝固層藉由一剝除溶液(strip solution)從基板上加以剝除，以保留在凍結的感光材料層中的第一特徵圖案。剝除溶液包含一活性溶質，且可包含水性鹼金屬溶液。此外，剝除溶液可包含一氫氧化合物。此外，剝除溶液可包含四級氫氧化銨(quaternary ammonium hydroxide)。此外，剝除溶液可包含氫氧化四甲銨(TMAH,tetramethyl ammonium hydroxide)。
在步驟360中，形成一第二感光材料層於基板上。在步驟370中，以第二影像圖案成像該第二感光材料層。而且於步驟380中，顯影該第二感光材料層，以在基板上形成第二特徵圖案。舉例來說，如上所述，該第二特徵圖案可包含與第一線形圖案交錯的第二線形圖案。經過該顯影製程，第二影像圖案被移除，而留下該第二特徵圖案。
在步驟390中，一特徵圖案，其包含第一特徵圖案和第二特徵圖案，可利用一蝕刻製程轉移至旋轉塗佈層。該蝕刻製程可包含一乾式蝕刻製程或一濕式蝕刻製程。該蝕刻製程可包含乾式電漿蝕刻製程或乾式非電漿蝕刻製程。旋轉塗佈層可覆蓋於以下各層之上：抗反射塗佈(ARC)層、平坦化層、有機平坦化層、有機介電質層、絕緣層、傳導層、半導體層、低介電常數(low-k)介電層、超低k(ULK,ultra-low-k)介電層、高介電常數(high-k)介電層、含矽層、含金屬層、以及以上兩種或多種之組合。
現在參考圖4，其描述根據另一實施例用於配置雙重圖案的一微影製程。該微影製程可包含微影-微影-蝕刻(LLE,Litho-Litho-Etch)雙重圖案化技術。該方法包含流程圖400，其起始於步驟410，步驟410在基板上形成覆蓋於旋轉塗佈層的一感光材料層。
在步驟420中，以一第一影像圖案成像該感光材料層。在步驟430中，以一第二影像圖案成像該感光材料層。且在步驟440中，顯影該感光材料層以在基板上形成一第一特徵圖案和一第二特徵圖案。舉例來說，第一特徵圖案可包含第一線形圖案，而第二特徵圖案可包含與第一線形圖案交錯之第二線形圖案。經過顯影製程，第一和第二影像圖案被移除，而留下第一和第二特徵圖案。
在步驟450中，一特徵圖案，包含該第一特徵圖案和該第二特徵圖案，可利用一蝕刻製程轉移至旋轉塗佈層。
現在參考圖5，描述根據又另一實施例用於配製雙重圖案的微影製程。該微影製程可包含微影-蝕刻-微影-蝕刻(LELE,Litho-Etch-Litho-Etch)雙重圖案化技術。該方法包含流程圖500，其起始於步驟510：在基板上形成覆蓋於旋轉塗佈層的一第一感光材料層。
在步驟520中，以一第一影像圖案成像該第一感光材料層。在步驟530中，顯影該第一感光材料層以在基板上形成一第一特徵圖案。且於步驟540中，利用一第一蝕刻製程轉移該第一特徵圖案至旋轉塗佈層，或是該旋轉塗佈層和該第一感光材料層間之一中介層，以利用該第一蝕刻製程形成部分之特徵圖案。
在步驟550中移除第一感光材料層。第一感光材料層可藉由濕式或乾式剝除/灰化(stripping/ashing)製程加以移除。
在步驟560中，形成一第二感光材料層，其覆蓋於基板上之旋轉塗佈層。在步驟570中，以一第二影像圖案成像該第二感光材料層。在步驟580中，顯影該第二感光材料層以形成基板上之第二特徵圖案。且於步驟590中，藉由一第二蝕刻製程轉移該第二特徵圖案至旋轉塗佈層，或是於該旋轉塗佈層和該第二感光材料層間之一中介層，以完成特徵圖案。
現在參考圖6，描述根據又另一實施例用於配製雙重圖案的微影製程。該微影製程可包含間隔層雙重圖案化(spacer double patterning)技術。該方法包含流程圖600，其起始於步驟610：在基板上形成一光罩層，其中光罩層覆蓋於旋轉塗佈層之上。
在步驟620中，形成一感光材料層於基板上，其覆蓋光罩層。
在步驟630中，以一影像圖案成像該感光材料層。
在步驟640中，顯影該感光材料層以形成一中間特徵圖案。
在步驟650中，該中間特徵圖案藉由一蝕刻製程轉移至該光罩層。
在步驟660中，沉積一間隔層於光罩層中的中間特徵圖案之上。
在步驟670中，部分移除該間隔層以形成間隔物，其鄰接在光罩層中的中間特徵圖案的側壁。
在步驟680中，移除該光罩層以形成由間隔物組成的一間隔圖案。
在步驟690中，藉由另一蝕刻製程轉移該間隔圖案至旋轉塗佈層以形成特徵圖案。
現在參考圖7，描述根據又另一實施例用於配製雙重圖案之微影製程。該微影製程可包含雙型雙重圖案化(double-tone double patterning)技術。此方法包含流程圖700，其起始於步驟710：在基板上形成一感光材料層，其中該感光材料層覆蓋旋轉塗佈層。
在步驟720中，以一影像圖案成像該感光材料層。
在步驟730中，執行該感光材料層的正型顯影，以從基板移除第一感光材料部分，並形成一第一特徵圖案。
在步驟740中，執行該感光材料層的負型顯影，以從基板移除第二感光材料部分，並形成一第二特徵圖案。
在步驟750中，該第一特徵圖案和該第二特徵圖案，藉由一蝕刻製程轉移至旋轉塗佈層，以形成特徵圖案。
根據一範例，利用一間隔層雙重圖案化技術，形成一高深寬比特徵圖案於覆蓋旋轉塗佈層的抗反射塗佈層中。在第一範例中，旋轉塗佈層包含HM8500，其被加熱至約攝氏350度的硬化溫度。在第二範例中，旋轉塗佈層包含ODL301，其被加熱至在約攝氏270度到約攝氏300度之溫度範圍中的硬化溫度。在第三範例中，旋轉塗佈層包含ODL102，其被加熱至約攝氏200度的硬化溫度。分別形成於該三個旋轉塗佈層中的一高深寬比特徵圖案包含具有約25nm之關鍵尺寸和大於8:1深寬比的線。在該第一範例中，旋轉塗佈層(HM8500)，其被加熱至一高的硬化溫度，在降低的缺陷率和沒有圖案崩壞的狀況下加以配製。
雖然以上僅就本發明的一些實施例做詳細描述，熟習本技術者可充分了解，在沒有重大偏離本發明的新穎教示與優點下，許多修改是可能的。舉例來說，可使用製程200、300、400、500和600的負光阻等效製程。因此，所有這類的改變都應包含於本發明的範圍中。
100．．．高深寬比圖案
105．．．特徵圖案
110．．．基板
120．．．旋轉塗佈層
130．．．抗反射塗佈層
140．．．感光材料層
150．．．高
155．．．關鍵尺寸
200．．．流程圖
210、220、230．．．步驟
300．．．流程圖
310、320、330、340、350、360、370、380、390．．．步驟
400．．．流程圖
410、420、430、440、450．．．步驟
500．．．流程圖
510、520、530、540、550、560、570、580、590．．．步驟
600．．．流程圖
610、620、630、640、650、660、670、680、690．．．步驟
700．．．流程圖
710、720、730、740、750．．．步驟
在隨附的圖式中：
圖1描述根據一實施例形成於一旋轉塗佈層的一特徵圖案；
圖2為流程圖，描述根據另一實施例，用於對一基板刻以圖案之方法；
圖3為流程圖，描述根據另一實施例，用於對一基板刻以圖案的微影製程；
圖4為流程圖，描述根據另一實施例，用於對一基板刻以圖案的微影製程；
圖5為流程圖，描述根據另一實施例，用於對一基板刻以圖案的微影製程；
圖6為流程圖，描述根據另一實施例，用於對一基板刻以圖案的微影製程；以及
圖7為流程圖，描述根據又另一實施例，對一基板刻以圖案的微影製程。
200．．．流程圖
210、220、230．．．步驟
Claims (20)
- 一種對基板刻以圖案的方法，包含：配製一薄膜堆疊於一基板上，該薄膜堆疊包含一旋轉塗佈層；加熱該旋轉塗佈層至一硬化溫度，該硬化溫度低於該旋轉塗佈層的材料之熱分解溫度且超過攝氏200度，以增加該旋轉塗佈層的材料之機械強度；以及藉由移除該旋轉塗佈層的一部份而形成沒有圖案崩壞之一特徵圖案於該旋轉塗佈層中，以定義包含已增加機械強度之該材料且具有關鍵尺寸的一或更多特徵元件，該關鍵尺寸係該一或更多特徵元件的寬度，該特徵圖案之特徵為該關鍵尺寸小於35nm(奈米)且該特徵圖案的高對該關鍵尺寸的深寬比超過5：1。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中在該薄膜堆疊中該旋轉塗佈層作用為硬光罩層，或平坦化層、或作為硬光罩層和平坦化層兩者。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該薄膜堆疊包含形成於旋轉塗佈層上的抗反射塗佈層。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該旋轉塗佈層包含一旋轉塗佈有機聚合物。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該旋轉塗佈層包含一旋轉塗佈碳層。
- 如申請專利範圍第5項的對基板刻以圖案的方法，其中該旋轉塗佈碳層包含具超過80wt.%之碳含量的有機聚合物。
- 如申請專利範圍第5項的對基板刻以圖案的方法，其中該旋轉塗佈碳層包含具超過90wt.%之碳含量的有機聚合物。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該硬化溫度超過攝氏250度。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該硬化溫度超過攝氏270度。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該硬化溫度超過攝氏300度。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該硬化溫度超過攝氏330度。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該形成該圖案的步驟包含利用單一圖案化微影製程或多重圖案化微影製程以形成該圖案。
- 如申請專利範圍第12項的對基板刻以圖案的方法，其中該多重圖案化微影製程包含：形成一第一感光材料層於該基板上，該第一感光材料層覆蓋該旋轉塗佈層；以一第一影像圖案成像該第一感光材料層；顯影該第一感光材料層以形成一第一特徵圖案；塗佈一化學凝固層於該第一感光材料層之上，且使該化學凝固層與該第一感光材料層的暴露表面起作用；剝離該化學凝固層；形成一第二感光材料層於該基板上；以一第二影像圖案成像該第二感光材料層；顯影該第二感光材料層以形成一第二特徵圖案；以及利用一蝕刻製程，轉移該第一特徵圖案和該第二特徵圖案至 該旋轉塗佈層，以形成該特徵圖案。
- 如申請專利範圍第12項的對基板刻以圖案的方法，其中該多重圖案化微影製程包含：形成感光材料層於該基板上，該感光材料層覆蓋該旋轉塗佈層；以一第一影像圖案成像該感光材料層；以一第二影像圖案成像該感光材料層；顯影該感光材料層以形成一第一特徵圖案和一第二特徵圖案；以及利用一蝕刻製程，轉移該第一特徵圖案和該第二特徵圖案至該旋轉塗佈層，以形成該特徵圖案。
- 如申請專利範圍第12項的對基板刻以圖案的方法，其中該多重圖案化微影製程包含：形成一第一感光材料層於該基板上，該第一感光材料層覆蓋該旋轉塗佈層；以第一影像圖案成像該第一感光材料層；顯影該第一感光材料層以形成一第一特徵圖案；利用一第一蝕刻製程，轉移該第一特徵至該旋轉塗佈層，或至該旋轉塗佈層與該第一感光材料層間之中介層，以形成部分之該特徵圖案；移除該第一感光材料層；形成一第二感光材料層於該基板上；以第二影像圖案成像該第二感光材料層；顯影該第二感光材料層以形成第二特徵圖案；以及利用一第二蝕刻製程，轉移該第二特徵圖案至該旋轉塗佈層，或至該旋轉塗佈層與該第二感光材料層間之中介層，以完成該特徵圖案。
- 如申請專利範圍第12項的對基板刻以圖案的方法，其中該多重圖案化微影製程包含：形成一感光材料層於該基板上，該感光材料層覆蓋一旋轉塗佈層；以一影像圖案成像該感光材料層；執行該感光材料層之正型顯影，以從該基板移除該感光材料層之第一部份，且形成第一特徵圖案；執行該感光材料層之負型顯影，以從該基板移除該感光材料層之第二部份，且形成第二特徵圖案；以及利用一蝕刻製程，轉移該第一特徵圖案和該第二特徵圖案至該旋轉塗佈層，以形成該特徵圖案。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該深寬比超過8：1。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該深寬比超過10：1。
- 如申請專利範圍第1項的對基板刻以圖案的方法，其中該關鍵尺寸小於或等於25nm。
- 一種對基板刻以圖案的方法，包含：配製一薄膜堆疊於一基板上，該薄膜堆疊包含一旋轉塗佈層；加熱該旋轉塗佈層至一硬化溫度，該硬化溫度低於該旋轉塗佈層之熱分解溫度且超過攝氏200度，以增加該旋轉塗佈層的機械強度；以及形成沒有圖案崩壞之一特徵圖案於該旋轉塗佈層中，該特徵圖案之特徵為關鍵尺寸小於35nm(奈米)且該特徵圖案的高對該關鍵尺寸的深寬比超過5：1，其中該形成步驟包含利用一多重圖案化微影製程，該多重圖案化微影製程包含： 形成一光罩層於該基板上，該光罩層覆蓋該旋轉塗佈層；形成一感光材料層於該基板上，該感光材料層覆蓋該光罩層；以一影像圖案成像該感光材料層；顯影該感光材料層以形成一中間特徵圖案；利用一蝕刻製程，轉移該中間特徵圖案至該光罩層；沉積一間隔層於光罩層中之該中間特徵圖案上；部分移除該間隔層，以形成間隔物，該間隔物鄰接於該光罩層中之該中間特徵圖案之側壁；移除該光罩層，以形成由該間隔物組成之間隔圖案；以及利用另一蝕刻製程，轉移該間隔圖案至該旋轉塗佈層，以形成該特徵圖案。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/856,785 US8382997B2 (en) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | Method for high aspect ratio patterning in a spin-on layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201214552A TW201214552A (en) | 2012-04-01 |
| TWI467647B true TWI467647B (zh) | 2015-01-01 |
Family
ID=44651938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW100127590A TWI467647B (zh) | 2010-08-16 | 2011-08-03 | 在旋轉塗佈層中之高深寬比圖案化之方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8382997B2 (zh) |
| KR (1) | KR101752948B1 (zh) |
| TW (1) | TWI467647B (zh) |
| WO (1) | WO2012024178A2 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2717296B1 (en) * | 2012-10-02 | 2016-08-31 | Imec | Etching of block-copolymers |
| KR20170050056A (ko) | 2015-10-29 | 2017-05-11 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 패턴 형성 방법 |
| JP7403961B2 (ja) * | 2019-03-19 | 2023-12-25 | キオクシア株式会社 | インプリント方法および半導体装置の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060068540A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-03-30 | Min Kyu S | Sequential chemical vapor deposition - spin-on dielectric deposition process |
| US20090011374A1 (en) * | 2005-08-24 | 2009-01-08 | Ching-Yu Chang | Method and material for forming high etch resistant double exposure patterns |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5652084A (en) | 1994-12-22 | 1997-07-29 | Cypress Semiconductor Corporation | Method for reduced pitch lithography |
| JP4737953B2 (ja) * | 2004-07-14 | 2011-08-03 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| US7795148B2 (en) * | 2006-03-28 | 2010-09-14 | Tokyo Electron Limited | Method for removing damaged dielectric material |
| US8022552B2 (en) * | 2006-06-27 | 2011-09-20 | Megica Corporation | Integrated circuit and method for fabricating the same |
| JP5000250B2 (ja) | 2006-09-29 | 2012-08-15 | 東京応化工業株式会社 | パターン形成方法 |
| EP2089774A2 (en) | 2006-12-06 | 2009-08-19 | FujiFilm Electronic Materials USA, Inc. | Device manufacturing process utilizing a double pattering process |
| US8815748B2 (en) | 2007-01-12 | 2014-08-26 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of forming semiconductor device with multiple level patterning |
| US8133659B2 (en) * | 2008-01-29 | 2012-03-13 | Brewer Science Inc. | On-track process for patterning hardmask by multiple dark field exposures |
| KR20110034012A (ko) | 2008-07-10 | 2011-04-04 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 레지스트 처리 방법 |
| JP2010161162A (ja) | 2009-01-07 | 2010-07-22 | Tokyo Electron Ltd | 微細パターンの形成方法 |
| US8389206B2 (en) | 2009-09-22 | 2013-03-05 | Tokyo Electron Limited | High normality solution for removing freeze material in lithographic applications |
-
2010
- 2010-08-16 US US12/856,785 patent/US8382997B2/en active Active
-
2011
- 2011-08-03 TW TW100127590A patent/TWI467647B/zh active
- 2011-08-12 WO PCT/US2011/047541 patent/WO2012024178A2/en active Application Filing
- 2011-08-12 KR KR1020137006638A patent/KR101752948B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060068540A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-03-30 | Min Kyu S | Sequential chemical vapor deposition - spin-on dielectric deposition process |
| US20090011374A1 (en) * | 2005-08-24 | 2009-01-08 | Ching-Yu Chang | Method and material for forming high etch resistant double exposure patterns |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012024178A2 (en) | 2012-02-23 |
| KR20130108300A (ko) | 2013-10-02 |
| WO2012024178A3 (en) | 2012-04-05 |
| KR101752948B1 (ko) | 2017-07-03 |
| US8382997B2 (en) | 2013-02-26 |
| TW201214552A (en) | 2012-04-01 |
| US20120037592A1 (en) | 2012-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101791725B1 (ko) | 측벽 화상 전사 피치 더블링 및 인라인 임계 치수 슬리밍 | |
| US6645851B1 (en) | Method of forming planarized coatings on contact hole patterns of various duty ratios | |
| KR101625782B1 (ko) | 패턴 평활화 및 인라인 임계 치수 슬리밍을 위한 증기 처리 프로세스 | |
| US7432191B1 (en) | Method of forming a dual damascene structure utilizing a developable anti-reflective coating | |
| US9159579B2 (en) | Lithography using multilayer spacer for reduced spacer footing | |
| US9064813B2 (en) | Trench patterning with block first sidewall image transfer | |
| US8530147B2 (en) | Patterning process | |
| EP3010033A1 (en) | Euv resist etch durability improvement and pattern collapse mitigation | |
| US20090311634A1 (en) | Method of double patterning using sacrificial structure | |
| TWI397108B (zh) | 可顯影之抗反射塗層的雙重圖形化方法 | |
| KR101096194B1 (ko) | 반도체 소자의 패턴 형성 방법 | |
| US7767386B2 (en) | Method of patterning an organic planarization layer | |
| TWI467647B (zh) | 在旋轉塗佈層中之高深寬比圖案化之方法 | |
| US7932017B2 (en) | Method of double patterning a thin film using a developable anti-reflective coating and a developable organic planarization layer | |
| US7883835B2 (en) | Method for double patterning a thin film | |
| US20080073321A1 (en) | Method of patterning an anti-reflective coating by partial etching | |
| TWI515768B (zh) | 微影圖案化方法及雙重圖案化方法 | |
| US7811747B2 (en) | Method of patterning an anti-reflective coating by partial developing | |
| TW200839944A (en) | Method for dual damascene process | |
| TW202010016A (zh) | 半導體裝置的形成方法 | |
| TW201417143A (zh) | 極紫外光光阻敏感性降低 | |
| US7858293B2 (en) | Method for double imaging a developable anti-reflective coating | |
| KR20060054681A (ko) | 포토레지스트 패턴 및 박막 패턴 형성방법 | |
| CN115763227A (zh) | 形成半导体器件的方法 | |
| Washburn et al. | Use of DBARCs Beyond Implant |