CN102033432A - 微影-微影-蚀刻双图案化方法 - Google Patents

微影-微影-蚀刻双图案化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供微影-微影-蚀刻双图案化方法。上述微影-微影-蚀刻双图案化方法是通过使用硅烷化固定反应，其包括：提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上，实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该基底上，实施一硅烷化固定反应于该第一图案化结构，形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底，以及实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上，其中该第一图案化构造和该第二图案化构造彼此之间交错设置。

Description

微影-微影-蚀刻双图案化方法
技术领域
本发明涉及一种先进微影方法，特别涉及一种通过使用硅烷化固定反应的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)方法。
背景技术
在已公开的先进微影方法中，主要包括光学微影工艺、光致抗蚀剂微影迭对测量技术(overlay metrology)、极短紫外光(Extreme UV)微影、浸润式微影、双图案化微影、及转印微影(imprint lithography)技术。
双图案化(double patterning，简称DP)微影是用于32nm节点的工艺技术。而微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)微影技术属DP微影工艺的一种，相较于微影-蚀刻-微影-蚀刻，DP微影工艺具有较低的成本优势。然而，LLE-DP微影技术需使用先进的材料及工艺，其特性并未完全开发。使用LLE-DP微影技术，而无中间的工艺步骤，已被公开以形成短窄间距的图案。另一种形式的LLE-DP微影技术结合正型-负型光致抗蚀剂及正型-正型光致抗蚀剂用于双图案化微影工艺。然而，LLE-DP工艺仍无法使用于32nm节点的工艺技术。
美国专利US 6,280,908公开一种使用气相硅烷化试剂的后显影光致抗蚀剂硬化法，以得到硬化的光致抗蚀剂表面，使其具有相较于光致抗蚀剂表面处理前较慢的蚀刻率。
图1A-1E是显示传统LLE-DP工艺步骤各阶段的剖面示意图。请参阅图1A，提供一基底100具有一材料层110于其上。接着形成第一图案化结构115a于材料层110上。将一固定材料层120涂布于该基底100并覆盖该第一图案化结构115a。该固定材料层120接续被烘烤，经反应后，硬化成为第一图案化结构115，接着再将固定材料层120移除，如图1C所示。
接着，请参阅图1E，一光致抗蚀剂层130形成于该基底100之上，并覆盖该第一图案化结构115。施以一第二微影步骤于光致抗蚀剂层130，以产出第二图案化结构135。在第二微影步骤过程中，为了避免第一图案化结构受到损伤，因而使用固定材料层120以强化该第一图案化结构。然而，关于固定材料层120的涂布、烘烤、及显影等工艺步骤为复杂、繁复且昂贵的工艺。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的实施例提供一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定(silylation freeze)反应，包括：提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该机底上；实施一硅烷化固定反应于该第一图案化结构；形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
本发明的实施例另提供一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反应，包括：提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该基底上；将一光产酸(photo-generated acid)与一硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构；形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
本发明的实施例再提供一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反应，包括：提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；实施一第一曝光步骤，定义出一第一潜像(latent image)于该第一光致抗蚀剂层中；显影并烘烤该第一图案化构造以供光产酸扩散反应；将一光产酸与一气相硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构；形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A-1E是显示传统LLE-DP工艺步骤各阶段的剖面示意图。
图2为根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法的流程示意图。
图3A-3F是显示根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法各阶段的剖面示意图。
图4显示根据本发明实施例所使用的硅烷化固定反应的示意图。
并且，上述附图中的附图标记说明如下：
100～基底；
110～材料层；
115、115a～第一图案化结构；
120～固定材料层；
130～光致抗蚀剂层；
135～第二图案化结构；
S210-S270～工艺步骤；
301～硅基底；
303～材料层；
310～基底；
315a、315～第一图案化结构；
320～第一光致抗蚀剂层；
325～硅烷化固定反应；
330～第二光致抗蚀剂层；
335～第二图案化构造。
具体实施方式
以下以各实施例详细说明并伴随着附图说明的范例，作为本发明的参考依据。在附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为本领域普通技术人员所知的形式，另外，特定的实施例仅为公开本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。
本发明的实施例提出一种微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法，其通过使用硅烷化固定反应。图2为根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法的流程示意图。图3A-3F是显示根据本发明实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法各阶段的剖面示意图。
本实施例的微影-微影-蚀刻双图案化(LLE-DP)的工艺方法始于步骤S210，于其中提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上。请参阅图3A，一基底310包括一硅基底(例如硅晶片)301以及一材料层303设置于其上。此基底310可包括各种掺杂区域及有源区域依本领域中实际设计需求配置。该基底310也可包括其他半导体基底、外延硅基底、SiGe基底、以及绝缘层上有硅(SOI)基底。一第一光致抗蚀剂层320可形成于该基底310上。
于步骤S220中，实施一第一曝光步骤于该第一光致抗蚀剂层以产出一第一潜像(latent image)。再请参阅图3A，该第一光致抗蚀剂层320具有第一潜像于其中，可通过光微影(photolithography)工艺或其他适当的工艺实施。
于步骤S230中，显影并烘烤该第一光致抗蚀剂层以供进一步光产酸扩散反应。此曝光后的光致抗蚀剂层包括光产酸分布于其中。请参阅图3B，将第一图案化结构315a显影并烘烤供光产酸扩散反应，如图3B中横向箭号所示。接着，于步骤S240中，通过涂布六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane，HMDS)以实施一硅烷化固定反应。请参阅图3C，实施硅烷化固定反应325的步骤包括将一硅烷化试剂与一光产酸发生反应，以固定该第一图案化结构315。于一实施例中，该硅烷化试剂包括六甲基二硅氮烷(HMDS)、三甲基氯硅烷(trimethylchlorosilane，TMCS)、六甲基二硅胺烷(hexamethyldisilazane，HMDSZ)、或其他适当的硅烷化试剂。该硅烷化试剂可通过液相的形式、气相的形式、或液相与气相共存的形式实施。根据本发明的一些具体实施例，该曝光后的光致抗蚀剂层，内部具有潜像，包括光产酸分布于该光致抗蚀剂层中。此显影后且烘烤后的光致抗蚀剂层曝露于液相、气相、或液相与气相共存的硅烷化试剂环境中。在与六甲基二硅氮烷发生反应的过程中，酚基团(phenolic group)被转换成对应的三甲基甲硅烷氧基(trimethylsilyloxy)团，如图4中所示。后续的氧等离子体蚀刻于硅烷化可提供一负型图像(negative-tone image)图案。
于步骤S250中，涂布一第二光致抗蚀剂层覆盖于该基底上。请参阅图3D，一第二光致抗蚀剂层330形成于该基底310上。接着，于步骤S260中，实施一第二曝光步骤于该第二光致抗蚀剂层以产出一第二潜像。并且，于图3E中，该第二光致抗蚀剂层330具有第二潜像于其中，可通过光微影工艺或其他适当的工艺实施。
于步骤S270中，显影并烘烤该第二光致抗蚀剂层，因而留下LLE-DP图案构造于该基底上。请参阅图3F，该第一图案化构造315和该第二图案化构造335彼此之间交错设置。例如，第一图案化构造315的宽度与之间的间隔距离的比值范围约为1∶3，再者第二图案化构造335的宽度与之间的间隔距离的比值范围也约为1∶3。因此，该第一图案化构造315和该第二图案化构造335彼此之间以相同的间隔距离交错设置。
应了解的是，上述实施例所公开的LLE-DP工艺方法的优点在于使用了硅烷化固定反应，因此光致抗蚀剂层材料在经历过硅烷化反应过程后，可有效地避免第一图案化结构受到损伤。再者，所述硅烷化固定反应可相容于已充分发展的微影工艺，包括光罩制作、曝光、湿式蚀刻、及干式显影等工艺。
本发明虽以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反应，包括：
提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；
实施一第一微影工艺以产出第一图案化结构于该基底上；
将一光产酸与一硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构；
形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及
实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
2.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于所述实施第一微影工艺的步骤包括：
实施一曝光步骤，定义出一第一潜像于该第一光致抗蚀剂层中；以及
显影并烘烤该第一图案化构造以供光产酸扩散反应。
3.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该硅烷化试剂包括六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、或六甲基二硅胺烷。
4.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于所述实施第二微影工艺的步骤包括：
实施一曝光步骤，定义出一第二潜像于该第二光致抗蚀剂层中；以及
显影并烘烤该第二光致抗蚀剂层，以产出该第二图案化构造。
5.根据权利要求1所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该第一图案化构造和该第二图案化构造彼此之间交错设置。
6.一种微影-微影-蚀刻双图案化方法，使用硅烷化固定反应，包括：
提供一基底具有一第一光致抗蚀剂层于其上；
实施一第一曝光步骤，定义出一第一潜像于该第一光致抗蚀剂层中；
显影并烘烤该第一图案化构造以供光产酸扩散反应；
将一光产酸与一气相硅烷化试剂发生反应，以固定该第一图案化结构；
形成一第二光致抗蚀剂层覆盖该基底；以及
实施一第二微影工艺以产出第二图案化结构于该基底上。
7.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该基底包括一单晶硅构造、一外延硅基底、一SiGe基底、以及一绝缘层上有硅基底。
8.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该气相硅烷化试剂包括六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、或六甲基二硅胺烷。
9.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于所述实施第二微影工艺的步骤包括：
实施一曝光步骤，定义出一第二潜像于该第二光致抗蚀剂层中；以及
显影并烘烤该第二光致抗蚀剂层，以产出该第二图案化构造。
10.根据权利要求6所述的微影-微影-蚀刻双图案化方法，其特征在于该第一图案化构造和该第二图案化构造彼此之间交错设置。
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