CN1208690C - 应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺 - Google Patents
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Abstract
一种应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其首先在一衬底上形成一第一光致抗蚀剂层，并且在第一光致抗蚀剂层上形成一抗反射层，在抗反射层上形成一第二光致抗蚀剂层。接着，对第二光致抗蚀剂层进行一第一曝光工艺之后，进行一第一显影工艺，以构图第二光致抗蚀剂层以及抗反射层。之后，以第二光致抗蚀剂层与抗反射层为掩模，进行一第二曝光工艺以及一第二显影工艺，以构图第一光致抗蚀剂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻工艺(Photolithography Process)，且特别涉及一种应用多层光致抗蚀剂层结构(Sandwich Photoresist Structure)的光刻工艺。
背景技术
随着集成电路集成度的提高，整个集成电路的元件尺寸也必须随之缩小。而在半导体工艺中最举足轻重的可说是光刻工艺，凡是与金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor；MOS)元件结构相关的，例如：各层薄膜的图案(Pattern)，及掺有杂质(Dopants)的区域，都是由光刻这个步骤来决定的。由于元件尺寸的缩小，许多问题也油然而生，例如现有光刻工艺分辨率不足而使元件缩小化具有相当困难度，以及因元件尺寸的缩小而较容易发生对准失误等等。因此，为了适应元件尺寸的缩小化，一些提高掩模分辨率的方法以及具有自对准功能的工艺已被不断地提出来。
目前现有技术中，可用来提高分辨率的方法例如有移相掩模(PhaseShift Mask，PSM)光刻技术以及光学近似校正法(Optical Proximity Correction，OPC)等等。然而，这些技术大都是由掩模设计方面进行改良研究。却鲜少有针对光致抗蚀剂层结构的设计来进行改良，藉以达到提高分辨率的目的。
另外，为了适应元件尺寸的缩小而容易发生对准失误的问题。特别是在双重镶嵌结构中，由于槽与介层窗开口是以两道掩模形成的，因此非常容易发生对准失误的问题。目前虽已有许多自对准工艺被提出来。然而，在现有技术中，并未有任何文献提及可利用多层光致抗蚀剂层结构的设计，来形成自对准的双重镶嵌结构的方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可提高光刻工艺的分辨率的方法，其利用多层光致抗蚀剂层结构的设计，而轻易地达到提高光刻工艺的分辨率的目的。
本发明的另一目的是提供一种形成自对准双重镶嵌结构的方法，其利用多层光致抗蚀剂层结构的设计，而形成自对准双重镶嵌结构。
本发明提出一种应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，藉以提高光刻工艺的分辨率。此方法首先在一衬底上形成一第一光致抗蚀剂层，其中第一光致抗蚀剂层为一正光致抗蚀剂层。且第一光致抗蚀剂层的厚度必须足够厚，以使其在后续蚀刻工艺中具有足够的抗蚀刻能力。之后在第一光致抗蚀剂层上形成一抗反射层，其中此抗反射层的材料为一种可溶于显影液的材料。接着，在抗反射层上形成一第二光致抗蚀剂层。其中，第二光致抗蚀剂层可以是一正光致抗蚀剂层或是一负光致抗蚀剂层，且第二光致抗蚀剂层的厚度必须够薄，藉以提高光刻工艺的分辨率。紧接着，对第二光致抗蚀剂层进行一第一曝光工艺，并且进行一第一显影工艺，以构图第二光致抗蚀剂层以及抗反射层。之后，以第二光致抗蚀剂层与抗反射层为掩模，进行一第二曝光工艺以及一第二显影工艺，以构图第一光致抗蚀剂层。之后，利用已构图的第一光致抗蚀剂层、第二光致抗蚀剂层与抗反射层为一蚀刻掩模进行一蚀刻工艺，以构图一预定的材料层。
本发明提出一种形成自对准双重镶嵌开口的方法，此方法首先提供一衬底，其中衬底上已形成有一介电层。接着，在介电层上依序形成一第一光致抗蚀剂层、一抗反射层以及一第二光致抗蚀剂层。其中，第一光致抗蚀剂层为一正光致抗蚀剂层，而第二光致抗蚀剂层为一负光致抗蚀剂层，且抗反射层的材料为一可溶于显影液的材料。之后，对第二光致抗蚀剂层进行一第一曝光工艺，并且进行一第一显影工艺，以构图第二光致抗蚀剂层以及该抗反层，而形成一槽图案。然后，对第一光致抗蚀剂层进行一第二曝光工艺，并且进行一第二显影工艺，以构图第一光致抗蚀剂层，而于槽图案底下形成一介层窗开口图案，其中槽图案与介层窗开口图案构成一双重镶嵌开口图案。接着，进行一蚀刻工艺，以将双重镶嵌开口图案转移至介电层，而于介电层中形成一双重镶嵌开口。
本发明的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，由于其第二光致抗蚀剂层的厚度够薄，因此可提高光刻工艺分辨率，而在第二光致抗蚀剂层底下的图案化的第一光致抗蚀剂层，才是实际作为后续欲进行的蚀刻工艺的蚀刻掩模。
本发明的形成自对准双重镶嵌开口的方法，利用在第二光致抗蚀剂层与抗反射层中形成槽图案，之后利用第二光致抗蚀剂层的掩蔽，而使后续所形成的介层窗开口图案，会自对准地形成于槽图案的下方。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下，图中：
图1A至图1D是依照本发明第一实施例的提高光刻工艺的分辨率的方法流程剖面示意图；
图2A至图2E是依照本发明第二实施例的形成自对准双重镶嵌结构的方法流程剖面示意图；以及
图3是图2E的上视图。
附图中的附图标记说明如下：
100、200：衬底 102：材料层
104、108、204、208：光致抗蚀剂层
106、206：抗反射层 202：介电层
210：槽图案 212：介层窗开口图案
214：双重镶嵌开口图案 216：槽
218：介层窗开口 220：双重镶嵌开口
222：金属层
具体实施方式
第一实施例
图1A至图1D所示，其图示是依照本发明第一实施例的提高光刻工艺的分辨率的方法流程剖面示意图。
请参照图1A，首先提供一衬底100，其中衬底100上已形成有一材料层102。之后，在材料层102上形成一第一光致抗蚀剂层104。其中，第一光致抗蚀剂层104为一正光致抗蚀剂层，且第一光致抗蚀剂层104的厚度必须足够厚，以使其于后续蚀刻工艺中具有足够的抗蚀刻能力。在本实施例中，第一光致抗蚀剂层104的厚度例如介于2000埃至7000埃之间。
接着，在第一光致抗蚀剂层104上形成一抗反射层106。其中，抗反射层106的厚度例如介于300埃至1000埃之间，且抗反射层106的材料为一种能溶于显影液中的材料。抗反射层106的材料例如是一加成聚合型聚合物(addition polymerization polymer)、一缩合聚合型聚合物(condensationpolymerization polymer)或是一开环聚合型聚合物(ring-openingpolymerization polymer)。其中，加成聚合型聚合物例如是聚丙烯酸(polyacrylic acid)，缩合聚合型聚合物例如是聚酯(polyester)，而开环聚合型聚合物例如是聚碳酸酯(polycarbonate)。在此，抗反射层106亦可以其他非感光材料取代，而且此非感光材料优选的是具有能溶于显影液的性质。
紧接着，在抗反射层106上形成一第二光致抗蚀剂层108。其中，第二光致抗蚀剂层108可以是一正光致抗蚀剂层，亦可以是一负光致抗蚀剂层。在此，第二光致抗蚀剂层108的厚度不能太厚，以提高光刻工艺的分辨率。在本实施例中，第二光致抗蚀剂层108的厚度例如介于1000埃至3000埃之间。
之后，请参照图1B，对第二光致抗蚀剂层108进行一第一曝光工艺。紧接着，进行一第一显影工艺，以同时构图第二光致抗蚀剂层108以及抗反射层106。由于抗反射层106选用能溶于显影液的材料，因此第一显影工艺可同时将第二光致抗蚀剂层108与抗反射层106图案化。另外，由于本实施例的第二光致抗蚀剂层108的厚度仅有1000埃至3000埃左右，因此，此曝光显影工艺的分辨率可大大提高。
然后，请参照图1C与图1D，以第二光致抗蚀剂层108以及抗反射层106为掩模，对第一光致抗蚀剂层104进行一第二曝光工艺。紧接着，进行一第二显影工艺，以构图第一光致抗蚀剂层104。之后，利用图案化的第二光致抗蚀剂层108、抗反射层106以及第一光致抗蚀剂层104为一蚀刻掩模进行一蚀刻步骤，以构图材料层102。
特别值得一提的是，即使第二光致抗蚀剂层108甚至是抗反射层106在第二显影工艺过程中被移除，而仅剩下第一光致抗蚀剂层104，但由于第一光致抗蚀剂层104的厚度足够厚，因此后续所进行的蚀刻工艺中，第一光致抗蚀剂层104仍有足够的抗蚀刻能力，而使材料层102能顺利地被构图。
本实施例利用第一光致抗蚀剂层108-抗反射层106-第二光致抗蚀剂层108的多层结构的设计来达到提高分辨率的方法，是利用较薄的第二光致抗蚀剂层108来克服光刻工艺的限制，然后再加上抗反射层106以及实际用来作为蚀刻掩模的第一光致抗蚀剂层104的配合，便能轻易达到提高光刻工艺的分辨率的目的。
第二实施例
图2A至图2E所示，其图示是依照本发明第二实施例的形成自对准双重镶嵌结构的方法流程剖面示意图。
请参照图2A，首先提供一衬底200，其中衬底200上已形成有一介电层202。之后，在介电层202上形成一第一光致抗蚀剂层204。其中，第一光致抗蚀剂层204为一正光致抗蚀剂层，且第一光致抗蚀剂层204的厚度例如介于2000埃至4000埃之间。
接着，在第一光致抗蚀剂层204上形成一抗反射层206。其中，抗反射层206的厚度例如介于300埃至1 000埃之间，且抗反射层206的材料为能溶于显影液中的材料。抗反射层206的材料例如一加成聚合型聚合物(addition polymerization polymer)、一缩合聚合型聚合物(condensationpolymerization polymer)或是一开环聚合型聚合物(ring-openingpolymerization polymer)。其中，加成聚合型聚合物例如是聚丙烯酸(polyacrylic acid)，缩合聚合型聚合物例如是聚酯(polyester)，而开环聚合型聚合物例如是聚碳酸酯(polycarbonate)。在此，抗反射层206亦可以其他非感光材料取代，而且此感光材料优选的是具有能溶于显影液的性质。
紧接着，在抗反射层206上形成一第二光致抗蚀剂层208。其中，第二光致抗蚀剂层208为一负光致抗蚀剂层。且第二光致抗蚀剂层208的厚度例如介于2000埃至4000埃之间。
之后，请参照图2B，对第二光致抗蚀剂层208进行一第一曝光工艺。紧接着，进行一第一显影工艺，以同时构图第二光致抗蚀剂层208以及抗反射层206，而形成一槽图案210。由于抗反射层206选用能溶于显影液的材料，因此，第一显影工艺可同时将第二光致抗蚀剂层208与抗反射层206图案化。
然后，请参照图2C，对第一光致抗蚀剂层204进行一第二曝光工艺。紧接着，进行一第二显影工艺，以构图第一光致抗蚀剂层204，而于槽图案210下方形成一介层窗开口图案212。其中，槽图案210与介层窗开口图案212共同组成一双重镶嵌开口图案214。
在此，由于第二光致抗蚀剂层208为一负光致抗蚀剂层，其在第一曝光工艺中光致抗蚀剂层本身已形成交联(cross-link)形式，因此，后续在进行第二曝光工艺时，便不会对第二光致抗蚀剂层208产生任何反应。而且，当在进行第二曝光工艺以预定在槽图案210下方形成介层窗开口图案212时，由于有第二光致抗蚀剂层208的遮蔽，因此在定义介层窗开口212时所使用的掩模的曝光区可以设计得较大，而使预定形成介层窗开口图案212处能完全曝光。如此，后续便能使介层窗开口图案212自对准地形成在槽图案210的下方。甚至可将两相邻的介层窗开口图案212制作在相同一大块的曝光区中，在后续进行第二显影工艺之后，介层窗开口图案212仍然仅会形成于槽图案210下方，而达到自对准的功能。
之后，请参照图2D，利用图案化的第二光致抗蚀剂层208、抗反射层206以及第一光致抗蚀剂层204为一蚀刻掩模进行一蚀刻步骤，以将双重镶嵌开口图案214转移至介电层202，而于介电层202中形成一双重镶嵌开口220。其中，双重镶嵌开口220由一槽216以及一介层窗开口218所构成。
接着，请参照图2E，在双重镶嵌开口220中填入一金属层222，以形成一双重镶嵌结构。其中，于双重镶嵌开口220中填入一金属层222以形成一双重镶嵌结构的方法例如是先于介电层202上形成一金属层222并填满双重镶嵌开口220，之后以化学机械抛光法或回蚀刻法进行一平坦化步骤直到介电层202暴露出来。所形成的双重镶嵌结构的上视图如图3所示。在图3中，介层窗开口218将会自对准地形成在槽216的下方。
综合以上所述，本发明具有下列优点：
1.本发明的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，由于其第二光致抗蚀剂层的厚度够薄，因此可提高光刻工艺分辨率，而于第二光致抗蚀剂层底下的图案化的第一光致抗蚀剂层，才是实际作为后续欲进行的蚀刻工艺的蚀刻掩模。
2.本发明形成自对准双重镶嵌开口的方法，是利用在第二光致抗蚀剂层与抗反射层中形成槽图案，之后利用第二光致抗蚀剂层的遮蔽，而使后续所形成的介层窗开口图案会自对准地形成于槽图案的下方。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可作些许的更改与润饰，本发明的保护范围应当以所附权利要求所确定的为准。
Claims (10)
1.一种应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，包括：
在一衬底上形成一第一光致抗蚀剂层；
在该第一光致抗蚀剂层上形成一非感光材料层；
在该非感光材料层上形成一第二光致抗蚀剂层；
对该第二光致抗蚀剂层进行一第一曝光工艺；
进行一第一显影工艺，以构图该第二光致抗蚀剂层以及该非感光材料层；以及
以该第二光致抗蚀剂层与该非感光材料层为掩模，进行一第二曝光工艺以及一第二显影工艺，以构图该第一光致抗蚀剂层。
2.如权利要求1所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该非感光材料层可溶于该第一显影工艺的一显影液。
3.如权利要求1所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该非感光材料层包括一抗反射层。
4.如权利要求3所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该抗反射层的材料选自一加成聚合型聚合物、一缩合聚合型聚合物与一开环聚合型聚合物。
5.如权利要求1所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该非感光材料层的厚度介于300埃至1000埃之间。
6.如权利要求1所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该第一光致抗蚀剂层为一正光致抗蚀剂层。
7.如权利要求1所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该第一光致抗蚀剂层的厚度介于2000埃至7000埃之间。
8.如权利要求1所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该第二光致抗蚀剂层为一正光致抗蚀剂层或一负光致抗蚀剂层。
9.如权利要求7所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中该第二光致抗蚀剂层的厚度介于1000埃至3000埃之间。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的应用多层光致抗蚀剂层结构的光刻工艺，其中，该第一光致抗蚀剂层为正光致抗蚀剂层，该第二光致抗蚀剂层为负光致抗蚀剂层。
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