TWI320874B - Novel planarization method for multi-layer lithography processing - Google Patents

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TWI320874B
TWI320874B TW092104210A TW92104210A TWI320874B TW I320874 B TWI320874 B TW I320874B TW 092104210 A TW092104210 A TW 092104210A TW 92104210 A TW92104210 A TW 92104210A TW I320874 B TWI320874 B TW I320874B
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Ann Minzey Snook Juliet
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Description

玫、發明說明： 聯邦贊助研究/發展計劃 本發明係美國政府在先進技術計劃#70NANBIH3019下所 支持的’其由全國標準和技術機構（NIST)所授予。美國政 府具有在本發明中之特定權利。 相關申請案 本申μ案請求2〇〇2年2月27日所提出之第60/360,374號之 標邊為多層微影製程之新穎平面化方法之中請案之優先 權，其之全文在此併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本發明廣泛地指向新的接觸平面化方法，其利用熱塑， 可尤、固化和可光固化之平面化材料以製造微電子，光子， ^ 光予械电機系統（MEMS)，生物晶片和感測器裝置 以及其他在其中需要微影製程之程序。 【先前技術】 4 對微電子裝置具有較小實體外形之市場需求已驅使了對 將較小的微結構建造至裝置中之需求。另夕卜，這樣的裝置 被預期為更有能源效率且特徵為更有強大的功能，同時更 有成本效率地建造.。為實現這些目標，在積體電路⑽晶片 上找到的特徵尺寸必須變得持續地更小。因此，必須將具 有諸如線’槽，穿孔和洞之更小的微結構之互連之多層形 成樣式至裝置基板上。目前，使用微影來將這些微結構建 造於裝置基板上。以-單光阻層來正常地完成此程序。興 起的微影技術，諸如壓印微影，奈米壓印微影熱凸微影， 83889 1320874 以及打印樣式轉移已被提出。這些技術使用形成樣式之轉 模來將樣式轉移至基板表面上，來取代依賴微影形成樣式。 為了建u更小的微結構，已在微影製程中使用了較短波 長之曝光光線（例如從248爪爪至丨们〇1〇1至157 mm至極紫外 線（EUV)和更短）。結果，焦點深度（Dqf)變得更有，如此造 成-較小的微影製程寬容度。因此，基板表面地貌和厚度 及應用至欲形成樣式之表面之塗覆之厚度一致性成為在製 造具有所要之特徵尺寸之微結構中之關鍵因素。當曝光光 ••'泉足波長嫒彳于更短時，基板表面地貌之容忍度變得更窄。 另外，欲形成樣式之薄膜需要足夠地薄以在微影製程之· 内，假設基板表面完美地平面的話。當建造更多互連層時， 基板表面地貌變得更為嚴峻，使得其超出了微影製程之臟 允許之限制之外。因此，無法將細微的特徵尺寸形成樣式 至基板表面上》 ,另外由表面地貌所引起之挑戰為-應用於表面上之薄焱 塗覆傾向以非—致的厚度具有下方地貌之輪廓。即，下方 表面之地貌以較不嚴格之方式被複製。在凹人區域中之薄 膜塗覆傾向比其他區域中來得厚。薄膜厚度之非—致性， 連同表面拓樸’藉由造成下方和上方曝露區域和藉由造成 在微影製程中之焦點外（即在D〇F範圍外）之區域而產生問 題：因此，無法實現在微影製程中微結構之所需要的關鍵 維度（CD)控制。這些因素防礙實現所要的微結構特徵尺寸。 當DOF變窄時，單層光阻微影製程具有十分受限之能力 來符合樣式形成需求’因為基板表面之地貌和光阻之厚度 83889 1320874 和厚度一致性之故。因此，已提出和進行了多層塗覆製程。 首先將一厚層的平面化材料塗覆至基板表面上以提供一更 平面的表面，在其上可應用額外的塗覆層。最上層受到微 影樣式形成作用。然後以諸如非等向性電漿蝕刻之適當程 序透過所有應用至基板上的層來將在最上層上形成樣式 之表面被向下轉移至基板。此技術稱為—上方表面成像程 序。此上方表面成像程序可能牽涉到在應用光感最上層並 將<形成樣式之前，應用三，三，或甚至更多層塗覆至基 板表面上》 圖l(a)-(C)說明了 一先前技藝程序。如圖1(&)中所示的， 當更多互連層建構至一裝置基板1〇之表面上時，由層所產 生 < 地貌12變得無法接受。在這些情況下，一單層光阻程 序不再適於將所要的結構形成樣式於這樣—個=貌表= 上。因此’已進行一雙層製程來改進微影程序窗。此雙層 製私牽涉到旋轉塗覆一平面化材料14至纟面上以填滿凹1 區域，諸如穿孔和槽16，之後為一熱回流程序。此平面化 材料可為-抗反射塗覆，—光阻，或—類似的材料。然而， 旋轉塗覆的層傾向具有下方層之表面拓樸之輪靡（參看圖 1(b))。熱重力回流程序允許塗覆之材料流人凹人區域 孔和槽16)以稍缓和表面之地貌，如圖I(b)中所示的。若赤 要的話，此塗覆材料可於回流程序期間或之後加以埶六= &供更千面的表面，在其上可應用外血 1上為一光阻之一上方層18被應用在平面層之上方上，” 圖1(0中所示的。此光阻層於微影製程期間形成樣式。因此如 83889 1320874 =厚度’厚度1性和表面影像被形成 中，基板表面受到—電衆㈣程序之作 ：：層18 中姓岁I丨妻為& .#、， 猪由在光阻層 … 打開區域來將影像轉移至底部層，且若 必要的話至基板。因為當塗覆地貌基板表 2 ―行4度並非—致的，且可能較上方層_ ^母^之電漿_率是關鍵的。最好上方層㈣ 底邵層低得多的電漿㈣率。然後上方層Μ可在樣 程序期間’即，電浆触刻程序期間作用如一敍刻光罩。因 ^底邵和上方層之電浆蚀刻選擇性對於將形成樣式之影 從上万層轉移展部層和至下方基板是關鍵的。 為了放寬蚀刻選擇需求並防止底部和光阻層間之交互作 用’已提出在底部層和光阻層之間應用一種十分薄之硬光 罩層。此硬光罩層會具有所需的電漿姓刻性質且會作用來 分離底部和光阻層。已新程序已被稱為一三層程序。硬光 罩層未改進平面化層之表面平面性，因為硬光罩十分薄〜且 符合平面化表面。因此’其未改進微影程序寬容度，如此 對二層程序來說仍需一平面化底部層。需要一特定的電漿 蝕刻程序將樣式轉移至硬光罩層，並使用一額外的電漿蝕 刻程序將樣式進-步轉移至底部平面化層。在雙層和三層 程序中，需要一平面化底部層來提供一平面表面，在其上 可應用額外的塗覆層。 雙波紋（DD)程序，在先進1(：製程中廣泛使用之技術使得 在一金屬沈積步驟中能做二金屬層之沈積。將介電層蝕刻 一次或二次（或甚至多次，視1)1)程序之方案而定）來在介電 83889 -10· 丄： 層中建構二層樣式。若在- DD程序應用中牽涉到超過二介 電層，則可能以-作用如一餘刻停止障礙層之薄硬光罩層 來分：介電層。一旦形成DD樣式，則將一金屬互連材料： 積至樣式中。在一DD程序方法中，將一層介電材料（或光阻） 旋轉塗覆至-基板2G之表面上（圖2(aHe))。使用微影照相 來建互微結構（穿孔/槽22)，其具有所需的外觀比，連同層 中足不同的特徵密度區域，如圖2(a)中所示的。基板2〇具有 區戍24其具有隔離的結構，以及一區域26，其具有稠 山刀布的特徵。如此，特徵密度在晶圓中以及橫跨基板表 面而女化。當第一平面化層28被塗覆至此形成樣式之表面 j時，地貌盡可能地深，因為特徵密度在決定最終的薄膜 厚度上扮演了關鍵的角色，如圖2(b)中所示的。在結構頂端 上的薄膜厚度在區域26中稠密特徵上比在包含隔離結構之 區域24上的薄膜厚度薄得多。結果，在一具有相同特徵密 度之區域中實現了局部平面化。然而，因為在高特徵密〜度 區域上的較薄薄膜厚度而產生凹人區域。最壞的情況中， 右塗覆的薄膜不夠厚，則在稠密特徵密度區域中之高外觀 比結構（諸如穿孔和槽）可能被部份填滿，同時在較不稠密特 徵區域中可能被第一平面化材料層28完全填滿。因此，全 域平面化在晶圓中和橫跨基板表面上不存在。 然後將一第二層3〇塗覆至平面化層28上，其缺乏全域平 面性。此第二層可為感光光阻層（供雙層程序用）或一薄硬光 罩材料（供三層程序用）。如圖2(匀中所示的，第二層3〇傾向 於具有下方層28之地貌之輪廓，且薄膜層在區域26上較厚。 83889 11 1320874 使頂端層薄膜厚度非—致性最小化和改 万法係應用-相當厚的(厚至幾微米或甚至二)下面：心一 層，並將扣趾 ^ ^ ^ 王文7子）下万平面化 :⑹供一更好的局部和全域表面平面 應用額外的層。厚的平面化層沾 在，、上可 時間，且哈I+ ° &成—更長的電漿蝕刻 刻速率需要甚高於頂端千面化層之電漿蚀 虚理％ 層者。這些性質造成對程序之 至…、， 亏愿其他万法為使仿製結構建造 表面有=低的特徵密度之區$，以提供晶圓内和橫跨基板 :“、變異之特徵密度’以減輕特徵密度效應。因此， z在平面化層表面上實現一較佳的全域平面性'然 由使用仿製結構，設計和電 曰 局更设雖。該方法亦可烊 加所尚之晶圓尺寸，其是不想要的。 曰 :為微影照相程序之其他選擇，在建立微結構中已提出 :事幾個新興的微影技術’諸如壓印微影，I米壓印微 2凸出❹，打印樣式轉移等。壓印微影，奈米壓〜印 纟凸出微影利用一模鑄將樣式壓印至一基板表面 上，在其上塗覆-薄的，可流動的模铸材料。可在周園， 度或提高溫度上執料些程序^ t料表面與料材料;: 觸時’在壓印或凸出處理狀況下將材料強迫流動，且與形 成樣式之模缚表面符合。然後以—光或熱方法來將模轉材 枓加以硬化。模鑄與硬化模鑄材料分離。模鑄樣式之負樣 式被轉移至模鑄材料。若必要的話，形成樣式之表面以足 夠的參數和順序來電漿姓刻以將樣式轉移至下方層。這些 微影技術不依賴透過載有樣式之光罩（或分劃板）之光曝光2 83889 12 丄JZU6/4 將樣式轉移至光阻層》因此，D〇F並非_問題。然而，塗 覆的可流動模鑄材料需具有—十分—致的厚度，橫跨基板 表面《近乎完美之全域平面性。推論模鑄是堅固的且要被 =移之結構是十分微小的。模鑄表面需被保持為與欲形成 樣式之表面完美平行的。在模鑄材料層中之任何地貌和厚 度非-致性具有對被轉移至基板表面之最終樣式之災難性 衝擊之高度可能性。非一致性模鑄材料厚度會造成不完全 的樣式轉移十較厚的薄膜區域將被不足地蝕刻，同時 ㈣的區域將被過度_。目此，需要—全域平面基板表 面，在其上可獲得一可流動之模鑄材料層之一致厚度和全 料面表面以供樣式轉移程序之用。當將細微結構打印至 一裝置表面上時，亦需要一全域平面表面。 【發明内容】 本發明廣泛地關於新的接觸平面化方法及由那些方法形 成之岫導总構’其提供微影照相，壓印，&米壓印，和▲ 凸出微影以及打印樣式轉移程序用之全域平面表面，如此 示止或防止先前技藝之問題〇 更詳細地說’藉由首先應用（諸如藉由旋轉塗覆’喷職塗 覆’澆鑄’攪製’噴式塗覆等)一平面化層至一具有地貌特 :於"表面上之微電子基板來形成前導。對大部份的應用 以、此層（在如下面所討論之固化和接觸平面化之後）一般 將仗約〇1·10" m厚’最好從約0.1-3" m，從約（M-1#爪更 好且從約0.1·0·5" m會更好。對MEMS應用來說，平面化 層厚度-般將在從約卜麵”之範圍中，且從約卜则” 83889 -13· 1320874 更好。 典型的微電子基板之範例包括矽晶圓，合成半導體晶圓， 絕緣體上矽（SOI)晶圓，玻璃基板，石英基板，有機聚合物 基板，合成材料基板，介電基板，金屬基板，合金基板， 碳化矽基板，氮化矽基板，藍寶石基板，陶製基板，以及 由耐火材料所構成之基板。 平面化層可為一抗反射材料或光阻材料，或其可由一包 含一從由可光固化或可熱固化聚合物，單體，寡聚物，和 其之混合物以及熱塑材料所構成之群組中所選出之組成部 份之材料所形成。在材料中之單體，聚合物，和/或寡聚物 之總重量應為至少約1 %，最好從約5-1 00%，且最好從約1 0-8 0%，以平面化材料之總重取100%為基礎。適當的單體， 寡聚體和聚合物之範例包括下列之單體，寡聚體和聚合物： 諸如紛搭環氧化物之環氧化物，諸如齡越環氧化物壓克力 鹽之壓克力鹽，諸如酚醛環氧化物乙烯乙醚之乙烯乙醚， 聚酉旨，多硫亞氨，有機和無機單體/寡聚物/聚合物，以及含 有乙烯之有機和無機單體/寡聚物/聚合物，以及前述之混合 物。 材料最好進一步包含一最好存在重量從約0-99°/。大小之溶 劑，從重量約0-95%最好，且重量從約5-85%更好，以材料 之總重量取1 00%為基礎。適當的溶劑包括乙醚甲基乙二醇 丙烯（PGME)，醋酸乙醚甲基乙二醇丙埽（PGMEA)，乳酸乙 基，以及前述之混合物。亦可使用會在固化或硬化程序期 間與單體，寡聚物和聚合物作用之作用溶劑。這樣的溶劑 83889 -14 - 1320874 之範例包括甘油醚’乙醚乙烯，乙醚烯丙，壓克力鹽以及 碳酸丙晞。 材料最好進一步包含一從由酸，酸產生物（例如熱酸產生 物，光酸產生物）構成之群組中所選擇之組成部份，光起發 劑，熱起發劑以及界面活性劑。當存在一酸或酸產生物時， 其最好存在從重量約O.i-iO%之大小，且最好從重量約〇 5_ 5%，以材料之總重重量取1〇〇%為基礎。適當的酸或酸產生 物之範例包括從由三苯基硫磺六氟磷酸，三苯基硫磺六氟 砷酸，一苯基碘六氟磷酸，二苯基碘六氟銻酸，二苯碘六 氟砷酸，三苯硫羰六氟磷酸，羥氧硫羰六氟磷酸，四氨 二壬莕硫酯和甲苯硫酸所構成之群 triflate，聚合硫酸酯， 量從約0.1-10%之大小， 重量取100%為基礎》適 括從由經基酮，氳望西同 組中所選擇者》亦可以驗或驗產生物來取代酸或酸產生物。 田光起發劑或熱起發劑存在時，其最好個別存在為重 且最好重量從約0_5-5%，以材料之
5 0-250°C 達約 5-600秒以 藉由使塗覆物體受到— 移除剩餘溶劑。或者，剩餘溶劑可 真空作用達約5至600秒之方式加以 83889 -15· 1320874 移除。然後材料與一平坦物體接觸達足夠的時間和壓力以 將物體之平坦表面轉移至平面化層，且允許塗覆過的材科 流至凹入區域中。平坦物體可由石英，矽，玻璃，金屬， 合金，陶，聚合物等構成。接觸或壓製步驟一般將包含從 約1-1，〇〇〇!^之應用壓力，最好從約5_25〇1^，且從約1〇_1〇〇 psi更好，達一從約丨秒至約12〇分鐘之時間，最好從約3秒至 約1 0分鐘，且從約]〇秒至約5分鐘更好。 此程序可在一被排空至少於周圍氣壓之腔室中執行，但 周圍狀況，提高的壓力，以及一人工氣壓亦適當。應了解 一光平坦或一些等效裝置可用來應用此氣壓，以及必須選 擇應用所選擇壓力之裝置來適應特定程序（例如若要利用— UV固化程序的話一uv透明光平坦是必要的可在大氣壓， 一鈍氣壓(包含諸如氮，氬等之氣體），或一特定氣壓（包含 諸如有機溶劑蒸汽，含有矽之蒸汽，水蒸汽，氧等物體）^ 處理壓製程序。 二 接觸步驟一般在從約周圍溫度至約35(rc之溫度上執行。 對可光固化平面材料來說，應將壓製溫度控制在約周圍溫 度至約250。(：之範圍中，最好在約周圍溫度至約1〇〇。〇之範 圍中，且在約周圍溫度至約5〇°c之範圍中是更好的。對可 熱固化平面材料來說，應將壓製溫度控制在約周圍溫度至 約350 C之範圍中，最好從約50-25(TC，且從约50-200°c是 更好的。 & 對熱塑平面材料來說，應將壓製溫度控制在從約周圍溫 度至約材料之熔點以上5(rc之範圍中，最好從約材料之破 83889 • 16 - 1320874 璃轉化溫度（Tg)以下20°C至約材料之熔點以上i(TC。在接觸 步踢之後’將基板冷卻至約其Tg以下，且最好約丁g以下2 〇 °C或約50°C或至少約其TgT20°C (視哪一個較低而定）。若合 成物為熱塑，且允許其如上面所討論般藉由冷卻來硬化或 固化》 在光學平面物體與基板維持接觸之同時（及/或在接觸之 後）’以傳統方式來硬化或固化平面化材料。例如，若合成 物為可光固化的，則其受到UV光線作用（以適於該特定合成 物之波長）以固化該層。同樣地，若合成物為可熱固化的， 則藉由加熱（例如透過-熱板’透過-烤爐，透過IR加熱，輻 射加熱等），之後冷卻至小於丁8來將其固化，且最好冷卻至 小於其Tg以下約50°C或至少約20°C (視何者較低決定）。若合 成物為熱塑，則允許其如上面所討論般藉由冷卻來硬化或 固化。 - 洪論所使用的材料為何，一旦已硬化或固化平面材料' 則基板與該平坦物體分離。如此將平坦物體表面之平面性 轉移至基板表面以提供全域平面性。然後可將一具有一致 薄膜厚度和全域平面性之第二塗覆層（諸如一成像層）應用至 平面化表面上。適當的成像層包括光阻層，壓製層，以及 打印的樣式。再者，在應用成像層之前可應用一或多個選 項性的中間層（例如光罩層，位障層，抗反射層卜在一實施 例中’中間層基本上是沒有金屬的（即包含少於約請5〇/。重 量之金屬，且最好約〇%重量之金屬）。 然後在成像層中根據已知的程序建立一樣式並將之轉 83889 •17· 1320874 移至下方層。例如若成像層為一光阻’然層被選擇性地曝 光至uv光線’且以-傳統的光阻生成器來生成以形成樣 式將體會到此生成步驟亦將選擇性地移除（視樣式而定）任 何申間層’以及基板下方之平面化層同時留下至少一部 份的原始基板地貌原封不動。若成像層為一壓印層，則一 具有所要的樣式之負像將壓印層壓製以在其中形成所要的 樣式。然後透過壓印層，中間層，以及平面化層來姓刻樣 式以轉移樣式。類似地，若樣式為一打印樣式，則打印樣
式被$4刻以透過平面化層央A* -V 均术轉移樣式。可重覆上面的步驟 以在前導上形A-第二“堆叠”，4可使前導受到進一步已 知的處理作用。 參考圖3(a)’顯示基板32〇甚刼 、 土微w基板32在包括一在其上具有結 構或特徵34之表面。這此处拔+ 41 - 二…構或特徵34將具有變化的地貌 和特徵尺寸，視前導之最抹預金 二 取、頂疋用途而疋。當在此使用時， “地貌，，意指一結構之高彦式，、军在 π ^ 度次/衣度，同時“特徵尺寸”意指一 結構之寬度和長度。甚官译、 見度和長度不同，則傳統上稱較小 數為特徵尺寸。 使用一傳統程序（參看圖3胳一单品> ^丄丨 哨口 册干面化材料36應用至基 板32。在先前所描述之程庠拙 狂序狀况下將一諸如在一光平坦（未 顯示）之者之平坦表面盥材料I〗 ”何料36接觸，在平坦表面之固化/硬 化和與材料36分離之後，6士里— 便結果在材料36上產生一全域平面 表面38。如此，全诚单品主：。。.# -干面表面38準備好供隨後層之應用之 用’諸如光阻層40，其可以一钤—士 λ 致的万式加以應用（圖3(d))。 83889 1320874 參考圖4⑷，顯示基板42。基板 c估具有形成於其中 之〜構或特徵44之表面。基板42具有— Μ ,. έ.,. '哥 E域46，其具有隔 離的.··《構，以及一具有稠密特徵之 止> 4 ^喝48。廷已避免了如 先則4娜足先前技藝方法之問題。 使用傳統程序將一平面化材料 灯川應用至基板42(參看圖 4(b))。將諸如一光平坦（未顯^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 7 <十坦表面與材料50於 先則所描述的程序狀況下接觸，在平坦表面之固化/硬化和 與材料50之分離（參看圖4⑷)之後，結果在材料5〇上產生一 全域平面表面^如此，如圖4⑷中所示的，全域平面表面 52準備好供應用隨後的層之用’諸如光阻層η，其可以一 致的方式加以應用。 當在此使用時…全域平面表面預定為指稱—厚度“丁”（參 看圖4(d))變化少ι㈣％之層，且最好在㈣，刪心之距 離上小於約—5%。本發明之方法結果產生—這樣的全域平面 性(亦稱為薄膜厚度變異)。再者，根據本發明所形成之固;匕 的或硬化的平面化層在任何個別的地貌特徵或結構會具有 一少於約250 Α之地貌，且最好小於約15〇 Α。最後，所發 明的固化或硬化平面化層會具有一小於約6〇〇人之地貌最 好小於約500 Α，且最好在一約1〇,〇〇〇//m之距離上（基板表 面長度）小於約400 A，其中在此距離上至少存在二個不同 的特徵密度區域。 範例 下列範例提出根據本發明之較佳方法。然而，應了解到 這些範例係以說明之方式所提供的，且其中内容不應被認 83889 •19- 丄 為限制本發明之總體範圍。 範例1 在一穿孔晶圓上之可光固化平面材料 3藉由在黃光實驗室中完全混合^之環氧化物卿 、ς 以^打0.)，8^之 PGME(Aldrich)以及 L2g Μ ΚΙ·85(—可由SartGmei·獲得之光酸產生物）來製備 —可光固化之材料。蚨接一 …、 〇.2a m過濾器來過濾材料並 將 < 儲存於一乾淨的褐瓶中。 G。穿孔& 0晶圓來做為基板。石夕晶圓首先被塗 ::-具有約一之厚度之二氧切薄膜。一具有 徵岔度且具有直;^ 〇 2 5 1 , ,. —% ' 1/Zm《穿孔之區域之樣式被形成於 一乳化矽薄膜中。穿孔深度為約 韓：：具有約〇一之厚度之可光固化平面材料之薄膜旋 轉塗覆至具有不同樣式特徵密度區域之穿孔晶圓上。晶圓 破轉移至一壓製工具腔室且被放置在-基板臺上。平面； ^頂端表面被定位來面對一光透明光平坦物體表面。壓 氣工具腔室蓋子被密封’且腔室被淨空至少於20陶爾。腔 至壓力保持在少於20陶爾達約3〇秒以移除剩餘的溶劑。基 板堂被提高以允許基板表面以一 _〆之力量與光平_ 面接觸達30秒。在基板表面於一 68㈣之壓力與光平坦表面 維持接觸之同時’ -脈衝紫外線（uv)光線透過光平^表面 被知'射以固化平面材科β υν>^線之脈衝循環為丨秒開和, 關，總曝光時間3秒。在曝光之後，壓製工具腔室從少於 陶爾排放（執行整㈣製程序之腔室壓力）至大氣壓力。降低 83889 -20· 1320874 基板堂’且打開腔室蓋子。基板與光平坦表面分離且從腔 至移除以供特性化之用。 使用除了壓製步驟之外的相同處理狀況來將其他穿孔晶 圓塗覆以相同的材料。亦製備此额外的晶圓並加以特性化 且用來做為一參考晶圓。 以一 Tencor Alphastep輪廓形成器來特性化平面化過的穿 孔晶圓表面。獲得一在平面化結構上以及橫跨相鄰特徵密 度區域之小於2〇〇 A之地貌。使用一聚焦離子束（FJB)顯微鏡 來測量在不同特徵密度區域中之結構頂端上之平面薄膜厚 度。測量二個特徵密度區域。測量在一具有約〇3心直徑 穿孔以及約0.5 /z m地貌之區域中之結構頂端上的薄膜厚 度，以及在-具有約0.3㈣直徑穿孔以及約⑺心地貌之 區域中之薄膜厚度。在二區域中所測量之高結構(非在穿孔 之頂端上）之頂端上的薄膜厚度分別約為〇 Μ心以豕 0.39" 測量在具有與和在㈣晶圓中者相同之特徵密^ 之區域上之參考晶圓薄膜厚度。參考晶圓薄膜厚度分別為 約 0.25# m 和 0.44# m » 範例2 在一槽晶圓上之可光固化之平面化材料 藉由在黃光實驗室中完全混合2〇 g之環氧化物(DU 354LVjD〇w Chemical Co.) , 8〇 PGME(Aldnch)! 2 g 之Wat KI-85(Sart0mer)來製備—可光固化之材料。然後 以一 0.2 μ m過濾器來過濾材料並將 竹卫將 < 儲存於—乾淨的褐瓶 中。 83889 -21· 晶圓 '姓u 1 “ m/衣〈槽結構之矽晶圓來做為基板。此 阳圓《特徵密度範圍從4%至96%。 至二：。曰·5::厚：可光固化平面化材料之薄膜被旋轉塗覆 至“括不同的特徵密度區域。晶圓被轉移 …具腔室且被置於一基板臺上。將塗覆的基板表 六:為面對—光學透明的光平坦物體表面。腔室蓋予被 ··、’且腔至被淨空為小於20陶爾。腔壓維持在小於20陶 爾達約30秒以移除殘餘的溶劑。基板臺被升起來以一约68 PS丨疋力里允許基板表面與光學平坦表面接觸達3〇〇秒。在基 2表面以68 psi之壓力與光學平坦表面接觸之同時，透過光 學平坦表面照射一 uv光線達10秒以固化平面化材料。在曝 光後，基板臺被降低。壓製工具腔室從少於20陶爾（整個壓 製私序執行之腔室壓力）排放至大氣壓。腔室蓋子打開，且 晶圓從光學—平坦表面分離且將之從腔室移除以供特性化。、 —ί 使用除了壓製步驟之外的相同的處理狀況來以相同的材 料塗覆其他槽晶圓。將此晶圓製備為一參考。 以一 Tencor Alphastep輪廓形成器來特性化平面化過的槽 晶圓表面。橫跨結構來測量一約250 A之表面地貌，且橫跨 相鄰的特徵密度區域來測量不超過約5〇 A之地貌改變。參 考晶圓顯現横跨地貌結構約7000 A之測量表面地貌。使用 一掃瞄電子顯微鏡（SEM)來測量在平面化晶圓之不同的特徵 密度區域中之平面化薄膜厚度。測量在特徵密度區域上之 薄膜厚度，其表示在特徵密度中之約40%之最大差異。非在 槽上之結構頂端上之薄膜厚度，在二特徵密度區域中為約 S3889 •22- 1320874 0.45// m’具有約〇.〇i2；czm( 120 A)之厚度差異。 範例3 在一穿孔晶圓上之可熱固化之平面化材料 藉由混合20 g環氧化物（d.E.R. 354LV，The Dow Chemical Co.)’ 80 g 的 PGME(Aldrich)以及 1·〇 g 的 NACURE 超級 xc_ A230催化劑（一種熱酸產生物，可由King化加价丨以獲得）來 製備一可熱固化材料，完全地製備和混合。以一 〇.2以m過 濾器來過濾材料並將之儲存在一乾淨的褐瓶中。 使用一包含穿孔之矽晶圓做為基板。首先將矽晶圓塗覆 以具有約厚度之二氧化石夕薄膜。將一包含〇2至l#m 直徑之穿孔以及具有不同特徵密度區域之樣式形成至二氧 化石夕薄膜上。穿孔深度為約1 V m。 將一具有約0.2 厚度之可熱固化平面化材料之薄膜旋 轉塗覆至具―有不同特徵密度區域之矽穿孔晶圓上。該晶舅 被轉移至一壓製工具腔室且被放置在一基板臺上。被塗覆 以平面化材料之基板表面被定位為面對一光學透明之光平 I物體表面。將腔室壓力保持在小於2〇陶爾達6〇秒以移除 剩餘的溶劑。提高基板臺以允許基板表面以一約68 psi之力 量與光平坦表面接觸達60秒。在基板表面以一68 psi之壓力 維持與光平坦表面之接觸之同時，透過光平坦表面照射一 脈衝uv/紅外線加熱光以在至少約13()β(：之固化溫度上固化 平面化材料達210秒。在固化程序之後，將壓製工具腔室從 少於20陶爾排放至大氣壓。基板臺被降低，且腔室蓋子被 打開基板與光平坦表面分離且從腔室移除以供特性化。 83889 •23· 1320874 以一 Tencor Alphastep輪廓形成器來特性化平面化的穿孔 晶圓表面。測量橫跨相鄰特徵密度區域之小於1〇〇 A和小於 約300 A之平面化結構上之表面地貌。使用一 SEm來測量在 不同特徵密度區域中之結構上的平面化薄膜厚度。測量二 個特徵密度區域。測量在一具有約〇.3ym直徑穿孔以及約 〇_5 " m深度之區域中之結構頂端上的薄膜厚度。亦在一具 有約0.3 # m穿孔以及約1,75 測量薄膜厚度。 μ m。 # m深度之區域中之結構頂端上 所測量的薄膜厚度分別為約0.19心和0.21 l _八間單說明】 圖1(a)-⑷說明-先前技藝平面化程序之步驟· ⑷說明其他先前技藝平面化程序之步驟，… 板具有二個不同的特徵密度區域； ，、^ 圖3⑷-(d)說明根據發明方法之 驟；以及 径觸千面化程序之f 圖4(a)-(d)說明方法之 驟，其中基板且有-個要觸千面化程序之步 ”有一個不同的特徵密度區域。 ίο基板 【圖式代表符號說明】 12地貌 14平面化材料 1 6穿孔和槽 基板 22穿孔/槽 83889 ，24· 1320874 24,26區域 2 8平面化層 30第二層 32基板 34結構或特徵 36平面化層料 38全域平面表面 40光阻層 42基板 46區域 44結構或特徵 4 8區域 50平面化材料 52全域平> 表面 5 4光阻層 -25 - 83889

Claims (1)

1320874 第092104210號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年9月）_______ . 拾、申請專利範圍： K年？月α曰修(更)正替換頁 1. 一種形成一微電子前導之方法，該方法包含下列步驟： (a) 提供一基板，其具有一表面且包括複數個在該表面 上之地貌特徵； (b) 在該表面上形成一平面化層，該平面化層包含一由 聚a物、單體、券聚物、或混合物所構成之群組中所選擇 之化合物，該混合物由環氧樹脂、丙烯酸脂、乙烯醚、聚脂、 聚烯亞胺、含乙烯基之化合物、及其混合物所組成； (c) 以一物體之平面表面接觸平面化層以將平面表面 之平坦轉移至平面化層，在該接觸期間或之後固化或硬化 該平面化層，該經平面化固化或硬化之平面化層呈現一準 備用於接續層的應用之全域平面表面； (d) 選擇性地形成一或多個中間層於該平面化層之該 全域平面表面上； (6)形成一成像層以得到微電子前導，若存在該中間層 的話，該成像層係形成於該中間層上，或若不存在中間層 的話，則形成在該平面化層上，並在無須該平面化層之該 全域平面表面的改變下完成該步驟（(1)及（e); (f) 在該成像層上建立一樣式；及 (g) 若存在的話將該樣式轉移至該中間層，以及至該平 面化層，其中在該轉移步驟之後’該基板表面保留其原始 地貌至少一部份。 2.如申請專利範圍第丨項之方法，該平面化層進一步包含—由 酸、酸產生物、驗、驗產生物、表面活性劑、光起發劑' 83889-980915.d« 7月〜，楚)正賴f! 熱起發劑、及其混之組成部份。 3.如申請專利之方法，其中該固化或硬化步驟包含 使該平面化層受uv光線作用彡一從1#、i120分鐘的時間 以固化該合成物。 4·如申請專利範圍第1之方法，其中該固化或硬化步驟包含 將亥平面化層加熱達_從i秒至12〇分鐘的時間和—從大約 5(TC至大約减的溫度來硬化該平面化層。、 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中該固化或硬化步驟包含 將該平面化層冷卻至約其Tg以下。 6. 如申請專利範圍第4項之方 熱源來加熱該平面化層。 7. 如申請專利範圍第4項之方 加熱該平面化層。 法，其中該加熱包含使用一輻射 法’其中該加熱包含使用IR熱來 8. 如申請專利範圍第1之方法，其中在真空下執行步驟⑷。 9. 如申請專利範圍第1之方法，其中步驟⑷係於一包含由 氮、氬、及其混合物所構成之群組中所選擇之氣體的人工 氣壓下執行。 1〇.如申請專利範圍第旧之方法，其中該接觸步驟係以一從 約1-1,000 psi之壓力應用加以執行。 U.如申請專利範圍第1項之方法，其中將該接觸步驟執行達 一從約1秒至約12 〇分鐘之時間。 如申請專利範圍第旧之方法，其中存在有—或多個中間 層’且各中間層基本上係無金屬。 13.如申请專利範圍第1項之方法，其中： 83889-980915.doc 1320874 該成像層包含一光阻層；[^年f辦蚊ι“·-⑽頁 該建立步帮包含選擇性地將該光阻層之部份曝露至uv 光線；以及 該轉移步料含形成該絲層，料層存在的話， 形成該中間層，以及形成該平面化層。 14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中·· 該成像層包含一壓印層； 該建立步驟包含以該墨印層接觸—負像，該負像具有一 包含樣式負像之壓印表面；以及 該轉移步驟包含若該中間層存在的話，透過料間層蝕 刻該樣式’以及該平面化層。 15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中： 該成像層包含一打印之樣式；以及 該轉移步驟包含若該中間層存在的話，透過該中間層蝕 刻該樣式’以及該平面化層。 16·如申明專利範圍第丨項之方法，其進一步包括在該微電子 則導上重覆步驟（a)-(g)至少二者之步驟。 17·如申請專利範圍第1項之方法，其中存在至少一中間層， 該中間層係選自由光罩層、位障層、和抗反射層構成之群 組0 18. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中步驟（c)造成一平面化 層，其在任何個別基板地貌特徵上具有一小於250 A之地貌 特徵。 19. 如申明專利範圍第丨項之方法，其中步驟（c)造成一平面化 83889-980915.doc 1320874 層，其在約10,000μιη之基板表面長度上具有少於約6〇〇 a 之地貌，在該處至少有二不同的特徵密度區域存在於該基 板表面長度上。 20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟造成—具有一 大約從0.1至ΙΟμιη厚度之平面化屬。 21. 如申請專利範圍第！項之方法，其中該物體包含一光平坦。 22. —種微電子前導物結構，包含： 一具有一表面和在該表面上有複數個地貌特徵之基 板，-平面化層從一由聚合物、單體、募聚物、或混合物 所構成之群組中所選擇之化合物的組合所形成，該混合物 由環氧樹脂、丙烯酸脂、乙烯醚、聚脂、聚烯亞胺、含乙 烯基之化合物、及其混合物所組成； 在該表面上之全域平面的、固化的或硬化的平面化 層； 在該平面化層上選擇性的一或多個中間層；以及
右存在該中間層的話’ 一在該中間層上之成像層，或若 無存在該中間層的話，一在該平面化層上之成像層。 如申-月專利範圍第22項之結構，其中該基板係從由矽晶 ^、化合物半導體晶圓、絕緣體切晶圓、玻璃基板、石 央基板、有機聚合物基板、合成材料基板、介電基板、金 屬基板σ金基板、碳化矽基板、氮化矽基板、藍寶石基 陶製基板、以及由耐火材料構成之基板構成之群組中 選擇。 24.如申請專利範圍第22項 之結構’該合成物進一步包含一由 83889-9809l5.doc 年t月ι厂日修.(更)正替j λ產生物、鹼、驗產生物、界面活性劑、光起發劑' 熱起發劑及其之混合物所構成之群組中選擇之組成部份。 25. 如U利圍第22項之結構，其中存在至少—中間層， 該中間層係從由光罩層、障礙層、和抗反射層構成之群組 中選擇。 26. 如申睛專利範圍第22項之結構，其中該平面化層具有一從 約〇·1-1〇μηι之厚度。 士申叫專利範圍第22項之結構，其中該組合係一微電機系 、·先m構且該平面化層具有一從約1 _ 1，〇〇〇μιη之厚度。 28. 如申請專利範圍第27項之結構，其中存在至少—中間層， 該令間層係從由光罩層、障礙層、和抗反射層所構成之群 組選擇出來。 29. 如申二專利範圍第22項之結構，其中該成像層係從由光阻 層、壓印層和打印層構成之群組中選擇出來。 3〇·如申請專利範圍第22項之結構，該平面化層在約1〇,〇〇〇_ 之距離上具有一少於約1〇%之薄膜厚度變異。 31. 如申請專利範圍第22項之結構，其中該平面化層在任何個 別基板地貌特徵上具有少於約25〇人之地貌。 32. 如申請專利範圍第22項之結構，其中該平面化層在—約 1〇,〇〇0卜111之基板表面長度上具有一少於約6〇〇人之地貌，其 中在該基板表面長度上存在至少二不同的特徵密度區域。 33· 一種形成-微電子前導物之方法，該方法包含下列步驟： (a)提供一基板，其具有一表面且在該表面上包括複數 個地貌特徵； 83889-980915.doc 1320874
該平面化層包含一由 月(Λ修(更)正替換^ 在該表面上形成一平面化層， 聚合物、單體、寡聚物、或混合物所構成之群組中所選擇 之化合物，該混合物由環氧樹脂、丙烯酸脂、乙烯醚、聚脂、 聚烯亞胺、含乙烯基之化合物、及其混合物所組成；
(c)將平面化層與一物體之平坦表面接觸以將平坦表 面之平坦轉移至平面化層，在該接觸期間或之後固化或硬 化該平面化層，該經平面化固化或硬化之平面化層呈現一 準備用於接續層的應用之全域平面表面； (d) 在該平面化層之該全域平面表面上選擇性地形成 一或多個中間層，該中間層基本上係無金屬；以及 (e) 形成一成像層以得到微電子前導物，若該中間層存 在的話，該成像層係形成於該中間層上，或若無該中間層 的話，該成像層形成於該平面化層上，並在無須該平面化 層之該全域平面表面的改變下完成該步驟（d)及（e)。
34.如申請專利範圍第33項之方法，其中步驟（e)造成一具有 一大約從0.1至ΙΟμηΐ厚度之平面化層。 35·如申請專利範圍第33項之方法，其中該物體包含一光平 坦〇 36.—種形成一微電子前導物之方法，該方法包含下列步驟： (a) 提供一基板，其具有一表面且在該表面上包括複數 個地貌特徵； (b) 在該表面上形成一平面化層，該平面化層包含一由 聚合物、單體、募聚物、或混合物所構成之群組中所選擇 之化合物，該混合物由環氧樹脂、丙烯酸脂、乙烯醚、聚脂、 83889-980915.doc /4 货年7瓜/·曰修(更)正替換自 · .1 | ||_、!_ 一― J 聚烯亞胺、含乙烯基之化合物、及其混合物所組成； (C)將平面化層與一平坦物體之平坦表面接觸以將平 坦表面之平坦性轉移至平面化層，在該接觸期間或之後固 化或硬化該平面化層，該經平面化固化或硬化之平面化層 呈現一準備用於接續層的應用之全域平面表面； (d) 選擇性地在該平面化層之該全域平面表面上形成 一或多個中間層；以及 (e) 形成一成像層以得到微電子前導物，若該中間層存 在的話，該成像層係形成於該中間層上，或若無該中間層 存在的話，該成像層形成於該平面化層上，並在無須該平 面化層之該全域平面表面的改變下完成該步驟（d)及（e)。 37. 如申請專利範圍第36項之方法，其中步驟（c)造成一具有 一大約從0 · 1至1 〇 μιη厚度之平面化層。 38. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該物體包含一光平 坦0 39· —種微電子前導物結構，包含： 一微電子基板，其具有一表面和在該表面上之複數個地 貌特徵； 一在該表面上之全域平面的、固化的或硬化的平面化 層，該平面化層包含一由聚合物、單體、寡聚物或混合 物所構成之群組中所選擇之化合物’該混合物由環氧樹 脂、丙烯酸脂、乙烯醚、聚脂、聚烯亞胺、含乙烯基之化 合物、及其混合物所組成； 在該平面化層上之選擇性一或多個中間層，該中間層基 83889-980915.doc 1320874 本上係無金屬；以及 月//日修(更)正替佚屮 若存在該中間層的每 、Λ + β ’ 一在該中間層上之一成像層，若 >又有該中間層存在的 _ ^ 略’―在該平面化層上之一成像層。 40.如申請專利範圍第 弟39項之結構，其中步驟（c)造成一具有 一大約從〇 · 1至1 0 厚度之平面化層。
83889-980915.doc 8 - 1320874 拾壹、圖式：fr年了刖’曰吻更)正替换爽
圖 1(b)
18 圖 1(c) 83889-fig-980915.doc 1320874 月//¾修(筻)正替设$ -26 24
22 20 II 圖 2(a) 24 -26 28 20
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20 圖 2(c) 83889-fig-980915.doc 1320874 月丨广曰修(1)止替p
圖 3(a)
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